Способ определения фактической площади контактирования и характера распределения токов в плоскости контактирования электрических контактов Советский патент 1992 года по МПК H01H49/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам определения фактической площади контактирования и характера распределения токов в плоскости контактирования электрических контактов, и может быть использовано при производстве и эксплуатации различного электрооборудования.

Для определения фактической площади контактирования на исследуемую поверхность одного из контактирующих элементов наносят плёнку халькогенидного стеклообразного полупроводника толщиной 0.1-10 мкм.Собирают контакт, прикладывая механическое усилие (удар, кратковременное давление), равное величине усилия контактного нажатия Р 0,2-1 Н. Это усилие воздействует на пленку халькогенидного стеклообразного полупроводника, при этом в точках контактирования неупорядоченная структура пленки кристаллизуется (могут появляться центры кристаллиза1(ии), т.е. становится упорядоченной, что приводит к изменению ее электрических и оптических свойств в точках контактирования. Визуальная оценка полученного эффекта представляет значительные трудности, что обусловлено низкой достоверностью определения областей пленки с измененной структурой. Для определения фактической площади контактирования, т.е. повышения достоверности, результатов, нанесенную на контактирующий элемент пленку необходимо проявить воздействием внешней энергии в виде температуры, светового излучения или электрического тока. Сущность проявления заключается в получении оптического изображения области с измененной структурой, т.е. фактической площади контактирования. Для этого контакт разбирают и после разъединения контактирующих элементов поверхность со слоем контрастного вещества нагревают в течение времени, необходимого для кристаллизации пленки в точках контактирования при t 2/3 , где Tg - температура (стеклования) кристаллизации перехода стекло - кристалл, или освещают световым импульйом длиной волны, соответствующей области фундаментального поглощения в течение времени, необходимого для кристаллизации пленки в точках контактирования. Признаком окончания процесса кристаллизации служит появление оптического изображения мест контактирования.

Для опредеяения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических контактов, через собранный контакт пропускают электрический ток величиной, равной или превышающей ток удержаний (величина тока, соответствующая напряжению переключения на вольт-амперной характеристике переключения, изготовленного из конкретного халькогенидного стеклообразного полупроводника), в течение времени, соответствующего установившемуся тепловому состоянию а точках контактирования. При шрохождении тока через места касания контактируемых элементов происходит локальный разогрев аморфного полупроводника, в результате чего меняется его цвет. При этом интенсивность цвета пленки зависит,от плотности протекающего через нее тока а площадь с измененным цветом соответствует фактической площади касания

электрических контактов. Поскольку, как уже отмечалось, фактическая площадь касания определяется соприкосновением микровыступов контактной поверхности,

которые имеют случайный характер, расположения и размеров, то в разных местах контактирования будет протекать ток с разной плотностью. Вследствие этого будет происходить изменение оптической плотности пленки халькогенидного стеклообразного полупроводника. После контакт также разбирают.

Затем фотографируют поверхность контактирующего элемента с пленкой халь5 когенидного стеклообразного полупроводника. Различные оптические плотности (цвета) областей пленки определяют фактическую площадь контактирования, а также характер распределения коммутируемых

0 токов в плоскости контактирования электрических контактов, примем более темная область соответствует большей плотности тока. Для обработки и анализа пленки аморфного полупроводника можно использовать

5 микроденситометр. Негатив же обраб-чтывак т и анализируют с помощью фотометрирования или планиметрирования, определяя фактическую площадь контактирования электрических контактов по суммарной площади областей с измененным цветом.

Количественная и качественная характеристики каждого из возможных путей при осуществлении способа внешних воздействий определяются толщиной пленки халькогенидного стеклообразного полупроводника и величиной механического усилия (контактного нажатия), воздействующего на пленку при контактировании и

0 зависящего от типа и вида электрических контактов.

Таким образом, предлагаемый способ регламентирует выбор толщины пленки халькогенидного стеклообразного полупроводника и параметров внешнего воздействия на нее (температура, световое излучение, электрический ток) в зависимости от состояния поверхности контактов и типа электрических контактов.

Время разборки контролируемых контактов некритично для фиксации цветности, так как происходит запоминание состояния участков халькогенидного стеклообразного полупроводника, через которые прошел ток. Используемая в способе плрнка

5 обладает малой теплопроводностью, тогда как контролируемые электрические контакты являются хорошим теплоотводом. В результате цветовая картина возникает только S местах прохождения тока (локальный нагрев пленки), т.е. тепловой рельеф и соответствующее ему изменение оптической плотности, возникающий в пленке при протекании через нее электрического тока, сохраняется четким. Влияние дефектов тонкой пленки при контроле контактирования контактов электромагнитного реле можно оценить nyteM анализа изменения напряжения пробоя (переключения) в зависимости от толщины этой пленки, а также сравнением площади контактирования контактов и площади, которую могут занимать возможные дефекты пленки.

Пример. Стеклообразный халькогенидный полупроводник, например, на основе систеТ ы As-Se, толщиной до 10 мкм, наносят на поверхность одного из контролируемых элементов с помощью распыления в вакууме на установке УВН-2М-1.

Технологический режим напыления халькогенидного стекла: скорость напыления 5 им/с; t подложки - время напыления 5 мин: толщина пленки 1,5 мкм; осаждение пленки - по принципу модифицированного дискретного испарения.

Напыленная пленка имеет ровную блестящую поверхность с цветом от лимонно-желтого до светло-коричневого в зависимости от толщины. Собирают контакт, прикладывая усилие контактного нажатия, и подключают к источнику электрического тока на время, соответствующее установившемуся тепловому состоянию в точках контактирования.

Рабочий режим на исследуемых контактов: ток через контакты 20 мА: падение напряжения на контактах 70 В; материал контактов посеребренная поверхность: t контактов 72°С (локальная): время контактирования 100 мкс.

После прохождения тока контакт разбирают и фотографируют поверхность контактирующего элемента с напыленной пленкой. По полученному негативу определяется фактическая площадь контактирования электрических контактов с помощью фотометрирования или планиметрирования. После разбора контакта пленка имеет в отдельных областях различную огггическую плотность (цвет), соответствующую различным плотностям тока, прощедшего через эти .области. Оптическая широта (динамический диапазон) пленки меняется от 2 до 7. Для определения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических контактов пленка подвергается обработке и анализу на микродёнситометре.

Режимы возможных внешних воздействий при различных путях осуществления

способа: при температурном воздействии диапазон изменения t 90-100°С: время 300 с: оборудование - термостат типа при световом излучении длина волны светового импульса 0,63-0,7 мкм: мощность 0,5-1,0 Дж/см : время 1 10 : оборудование - лазер Л Г-36.

Очистка рабочих контактов после осуществления способа проводится путем травления нанесенной пленки в 10%-ном 10 растворе КОН (для посеребренной контактной поверхност,и) или с помощью травителей на основе иода, йодистого калия, демитилэтана, демитилметана и др. силиктивных травителей (для других покрытий). 15 Использование предлагаемого способа определения фактической площади контактирования электрических контактов обеспечивает по сравнению с существующими способами более высокую точность, достоверность результатов, а также возможность определения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических контактов. Это позволяет прогнозировать их надежность,

5 что особенно важно для современного электрооборудования. Кроме того, предлагаемый способ позволяет определить фактическую площадь контактирования, анализировать влияние различных факторов (усилие контактного нажатия, относительное расположение контактирующих элементов, форма микровыступов и неровностей на поверхности контактов и т.п.) на площади контактирования.

5 Формула изобретения

1. Способ определения фактической площади контактирования и характера распределения токов в плоскости контактирования электрических контактов, заключающийся в том, что на поверхность контактирующего элемента наносят тонкий слой контрастного вещества, приводят контактирующие элементы в контакт, после их разъединения обрабатывают и анализируют

5 поверхности контактирующих элементов, в результате чего определяют фактическую площадь контактирования, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, достоверности результата и обеспечения

0 возможности применения для контактов с малой площадью контактирования, в качестве контрастного вещества используют тонкую пленку халькогенидного стеклообразного полупроводника с толщиной, соизмеримой с размерами микровыступоа и микронеровностей поверхностей контактирующих элементов, а при приведении контактирующих элементов в контакт создают механическое усилие, равное величине контактного нажатия, а контактирующие эле7170941- 8

менты подвергают внешнему воздействию,ляют световым импульсом с длиной волны,

в результате чего определяют скрытое изо-соответствующей области фундаментальнображение тока, проходящего через контак-го поглощения, тирующие элементы.4. Способпо п. 1. о тл и ч а ю щи йс я

2.Способ по п. 1.отличающийся 5тем. что. с целью расширения функциональтем, что внешнее воздействие на контакти-ных возможностей путем обеспечения рующие элеме нты осуществляют послевозможности определения характера расразьединения контактирующих элементовпределения коммутируемых токов в плоскопутем нагрева их до температуры кристал-сти контактирования электрических лизации в точках контактирования. 10контактов, в момент создания механическо3,Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й-пропускают электрический ток, величина с я тем, что внешнее воздействие осуществ-которого равна току удержания. го усилия через контактирующие элементы

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам определения фактической площади контактирования электрических контактов, и может быуь ис- польэовано при производстве и эксплуатации различного электрооборудования. Цель изобретения - повышение точности, дойто- верности результатов. Для этого в качестве контрастного вещества наносят' тонкую пленку халькогенидного стеклообразного полупроводника, при приведении в контакт контактирующих элементов создают механическое усилие, равное величине усилия Контактного нажатия, в результате чего получают скрытое изображение распределениятока через контактирующий элемент, которое подвергают обработке и анализу, причем после разъединения контактирующих элементов для проявления скрытого изображения поверхность со сло^эм- контрастного вещества либо нагревают в течение времени, необходимого для кристаллизации пленки в точках контактирования, либо освещают световым импульсом длиной волны, соответствующей области фундаментального поглощения до появления цветового изображения распределения токов, по которому определяют фактическую площадь контактирования. Возможно через собранный контакт пропустить электрический ток величиной, равной или превышающей ток удержания, в течение времени, соответствующего установившемуся тепловому состоянию в точках контактирования, в результате чего сразу получается цветовая картина распределения токов. Способ позволяет повысить точность, достоверность результатов, обеспечить возможность применения для контактов с малой площадью контактирования, а также расши^ рить функциональные возможности путем определения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических контактов.ё41Оюь.