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机电
件
2016年2月
ELECTROMIECHANICAL COMPONENTS
Feb.2016
研究与设计
接触电阻:静态接触界面的特性
闻春国译
(四川华丰企业集团有限公司,四川绵阳,(621000
摘要:本文阐述了电收缩电阻与-点形状和尺す以及机械接触力大小的相互关系,同时还对电接触件传统的电
压一温度关系进行探究。此外,文章还描述了-点太小时传统电接触理论存在缺陷的实验证据。-点较小时的
个有趣而有用的特性是它要具有大的表面应カ这一前提条件。这种应力会导致-点生长
关鍵词:收缩电阻;接触电阻;电接触件;液体-固体界面;烧结
Doi::10.3969/j.isn.1000-6133.2016.01.002
中图分类号:N784
文献标识码:A文章编号:1000-6133(2016)01-000~-14
态接触件Q-点的生长。本文将阐述这一重要的
x-点生长机理。
就微尺度而言,所有固体表面都是粗糙不平
接触面A
的。两个工程体在接触之后,其表面微凸体的机
械接触会产生不连续的点,如图1所示。对于所
有的固体材料来说,在各种不同的接触力作用
下,实际接触面积只是标称接触面积的很小一部
接触界面
分。由图1可知,在主体电接触界面中,电流在经
过各个接触点(或Q-点)时,电流线会发生收
缩。-点电流的收缩导致用于导电的材料体积
接触面B
电流
减小,从而増大了电阻。在实际电连接中,必须
使电接触面积尽可能增大,以降低接触(或收缩
?1电接触界面原理图
电阻。増加-点数量以及-点尺寸大小可以
2收缩电阻Q-点形状的影响
达到这一日标。本文将阐述机械接触力电流、Q
点温度等因素对静态界面导电特性的影响。
首先研究单个&-点。为简化起见,评估收
其重点是讨论静态接触,而不是讨论微振、氧化、缩电阻一般将a一点假定为圆形。这一假定为电
机械磨损和其它动态因素对电接触特性的影响。接触点(即由等温微拓扑图来表征的啮合面)提
虽然氧化等机理也会影响静态接触,使其接触面供一个可接受的儿何图形描绘方法。-点形状
积减小,但它也具有一定的补偿作用,即促使静对接触电阻的影响一般较为明显。
收稿日期:2015-12-11
作者简介:闻春国,男,资深翻译(教授纹),中国翻译协会专家会员,四川省酬译协会理事,从事科技翻译近30年,出版有多部个人翻译专著
机电元件
016年
2.1圆形Q-点
体分別由导电率p、p2材料组成,则与接触件两
如图2所示,在一个半径为R的圆柱形导体半部相应的扩展电阻为p/4a,式中i=12。收
内,由一个圆形收缩区表示的电阻R。,可以采用缩电阻于是变成
适当的边界条件通过拉普拉斯( Laplace)方程
R。=(p1+p2)/4
个求解方法来计算。由此可见,收缩电阻可用公
1.0
式(1)来精确算出:
0.9
R。=(p/2a)L1-1.41581(c/R)+0.06322
0.8
(a/R)2+0.15261(c/R)3+0.1999cv/R)
0.7
0.6
式中,p为电导率,为收缩半径
0
如果Q≤R,则公式(1)可以简化为人们熟知?04
的下列关系式:
0.3
R
2
2)
0.2
由此求得两个被一个半径Q-点的圆形收缩
0.1
区分开的半无限体之间的收缩电阻(通常指接触
0).8
电阻)。图3表示比值/R以及R、测量和计算
值的相互关系。测量值与计算值的彼此吻合反
图3半径为R的导电圆柱测量和计算收缩电阻
应了在整个/R值范围内,采用公式(1)的可靠
与函数/R关系曲线图
性。在/R接近1时,这种可靠性是非常重要
建议将收缩电阻作为一个铜一铜接触界面(p
的。在这利情况下,收缩半径一个微小的変化可=1.75x10~9Qm)的圆形收缩区-点半径和一个
能会导致收缩电阻的显著变化,并导致功率耗散函数来进行研究,参见表1。可以看出,收缩半径为
相应发生重大变化。
10um时,收缩电阻约为lml2。这个值非常小。
收缩半径为10um的收缩区可以通过50A左
右的电流,而只是稍微发热,后面将论述。因此,
两个接触面之间的电接触面积其实不必很大即
可形成电阻值低到可以接受的电接触。
表1铜一铜界面圆形收缩区接触电阻
点半径
收缩电阻(Q2)
0.01
0.88
8.8×10-2
8.8×10
10
8.8x10
2.2非圆形和环形q-点
2R
由霍姆(Holm)定律可知,椭圆Q-点(其半
图2半径为R的导电圆柱(园形收缩半径为a
轴为a和b)相应扩展电阻R、(a,b)公式为
表达式(2)现已广泛应用于电接触文献以及
R,(a,b)=(p/4)f(y
电接触件相关问题。如果电接触件的两个接触
式中,y=(a/b)是收缩纵横比的平方根