复杂模拟环境下的电接触性能研究

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电接触结构被广泛应用于电子设备中,其功能是保证设备内部元件电信号的有效传输,其性能的稳定性是保证电子设备高效运行的基本条件之一。电接触结构的性能退化受到接触副材料、工作参数及环境因素等多方面的综合影响。电子设备不可避免地需要在一些复杂、极端的环境中进行服役,环境因素会加速电接触结构性能退化,导致电子设备的使用寿命降低。因此,开展复杂环境因素对电接触性能的影响研究对提高电子设备的可靠性具有重大意义。本论文基于课题组自主研发的毫牛级电接触试验装置搭建了气氛环境模拟平台及外激振动模拟平台。通过上述两种平台研究了铜/黄铜滑动电接触副在复杂模拟环境下的电接触性能变化规律。结合磨痕形貌、截面轮廓及化学成分对电接触性能退化的根本原因进行了深入分析,揭示其磨损机理。通过本论文研究得出如下结论:(1)通过研究贮存前后试样在大气环境及x98-11气氛环境中的电接触性能得出以下结论:在x98-11气氛环境中,初始阶段的接触电阻在低载荷(50与100 m N)条件下较高,在高载荷(200 m N)条件下较低且趋于稳定。气氛环境中的气溶胶具有一定的润滑性和减磨作用。贮存后的污染层具有一定的减磨作用,其试样的磨痕深度值小于初始试样。但污染层不会改变接触副在试验最终阶段的磨损形式。在气溶胶和污染层的共同作用下,低载荷条件下的电接触性能由于污染物的阻隔而进一步恶化。在高载荷条件下,接触副的摩擦作用可有效祛除了界面污染物,接触电阻降低。(2)通过研究振动幅值对电接触性能的影响规律得出以下结论:在振动环境下(振动幅值≤2 mm,振动频率=5 Hz),接触电阻的整体水平未发生明显变化。但由于接触副在振动环境下存在非完全分离现象,导致接触电阻存在瞬间极大值。随着振动幅值的增加,极大值产生的频率也随之增加,使得接触电阻的标准差也随之增加。当振幅为2 mm时,接触电阻标准差可达到非振动环境下的7~9倍。(3)通过研究贮存污染与外激振动对电接触性能的耦合影响得出以下结论:缩醛胶污染层具有一定的绝缘性、粘滞性和减磨性。当胶体积分数不低于30%时,接触副的初始状态是绝缘的。外激振动会导致接触副产生非完全分离,增加接触间隙,降低接触稳定性。接触副在振动环境下的磨损能力降低,导致摩擦作用无法祛除界面污染物。在污染层和外激振动的耦合作用下,氧化物等高电阻物质被滞留在试样表面,导致接触电阻不断增加。
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