CN103066475B - 基于低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法，将低熔点金属及其氧化物涂覆于机械连接的电接头之间，有效降低了机械电连接接头间的接触电阻。本发明还涉及一种导电膏，由低熔点金属及其氧化物组成，氧化物占导电膏总重量的0.05-50%，低熔点金属选自熔点在200℃以下的钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金和钠钾合金中的一种或任意两种以上的组合。本发明方法以低熔点金属及其氧化物的混合物作为导电介质，可有效降低机械连接金属电接头间的接触电阻，显著降低接触电阻热效应，提升电能传输效率，延长设备使用寿命，可广泛应用于电力、能源技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低接触电阻的方法，特别是涉及一种用低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法。
背景技术
接触电阻的产生主要有两个原因：第一，由于接触面的凹凸不平，金属实际接触面减小，当电流流过导体的时候，其接触面有效导电界面减小。第二，接触面在空气中会形成一层导电性很差的氧化膜附着于表面，使电阻增大。接触电阻的大小影响着接触电压压降的大小，随着接触电阻增大压降随之增大，电压的变化直接影响着设备的正常运行。接触电阻消耗的电能将转变为热能，使其在接触面散发热量，是接触面老化的重要原因。目前主流的降低接触电阻的方法有：1)改善接触面的材料，改善导电性能，如由铜改为表面镀金等；2）及时清理接触面形成的氧化膜。3）在接触界面填充导电膏。改变接触面材料成本较高，性能提升较小；清理接触面氧化膜增加维护成本，可行性不高；接触界面填充导电膏效果有限，其主要原因在于目前导电膏的基础材料均为非金属，电导率十分有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法。
为达上述目的，本发明一种基于低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法，将低熔点金属及其氧化物涂覆于机械连接的电接头之间，有效降低了机械电连接接头间的接触电阻。涂覆于机械连接电接头间的低熔点金属具有较高的电导率和填充触点缝隙的能力。低熔点金属氧化物的作用在于提升所涂覆的低熔点金属及其氧化物的混合物的粘度，以使混合物呈膏状，便于涂抹。
本发明降低接触电阻的方法，其中优选所述低熔点金属选自熔点在200℃以下的钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金和钠钾合金中的一种或任意两种以上的组合。
本发明降低接触电阻的方法，其中优选所述镓基二元合金为镓铟合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铅合金或镓汞合金。优选所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。
本发明降低接触电阻的方法，其中优选所述低熔点金属氧化物选自氧化镓、氧化铟、氧化铋、氧化锡和氧化锌中的一种或任意两种以上的组合。
本发明降低接触电阻的方法，其中优选所述电接头的材质为铜、铝或不锈钢。
本发明降低接触电阻的方法，其中优选所述低熔点金属及其氧化物的涂覆厚度为0.001mm-5mm。
本发明降低接触电阻的方法，其中优选所述氧化物占低熔点金属及其氧化物总重量的0.05-50%。
本发明还涉及一种导电膏，由低熔点金属及其氧化物组成，所述氧化物占低熔点金属及其氧化物总重量（即导电膏重量）的0.05-50%，所述低熔点金属选自熔点在200℃以下的钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金和钠钾合金中的一种或任意两种以上的组合。
进一步优选地，本发明的导电膏，所述镓基二元合金为镓铟合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铅合金或镓汞合金；所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金；优选所述低熔点金属氧化物选自氧化镓、氧化铟、氧化铋、氧化锡和氧化锌中的一种或任意两种以上的组合。
本发明与现有技术不同之处在于，本发明提出一种基于低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法。其利用低熔点金属在较低温度（即非高温）情况下状态为液态，可通过其氧化物提升其粘度（即易涂抹特性），且具有较强的导电特性的优点，来有效的降低连接电接头的接触电阻。其典型优点如下：1）低熔点金属及其氧化物的混合物具有很好的粘度，可呈现为膏状，易涂抹性强；2）低熔点金属具有较强的导电性能，其填充在金属接头表面的接触缝隙，可有效降低其接触电阻，提升导电效率；3）低熔点金属及其氧化物的混合物易压缩特性强，在接触面受挤压时两金属接头表面相互摩擦更充分，氧化层被破坏明显，导电性增强。4)低熔点金属可与电接头金属形成金属间化合物，电接触更充分，更进一步的降低了接触电阻。5）低熔点金属及其氧化物无毒、不易蒸发泄露、性质稳定、在强电下不易分解。
不难理解，本发明中涉及的低熔点金属及其氧化物的混合物在使用中实际上也就是一种导电膏。但不同的是，基于低熔点金属及其氧化物的导电膏相对于传统导电膏而言具有极高的电导率，导电性要优异的多。同时，通过低熔点金属氧化物掺杂处理后，其粘度得到极大改善，用户使用非常方便。
本发明提出了一种降低接触电阻、提高电能使用效率的方法，该方法以低熔点金属及其氧化物的混合物作为导电介质，可有效降低机械连接金属电接头间的接触电阻，显著降低接触电阻热效应，提升电能传输效率，延长设备使用寿命。可广泛应用于电力、能源技术领域。
下面结合附图对本发明基于低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法作进一步说明。
附图说明
图1应用本发明方法的具体实施例结构示意图。
附图标记说明：1-紧固螺丝；2-低熔点金属及其氧化物的混合物（导电膏）；3、4-矩形电接头（即带螺孔的金属片）。
具体实施方式
以下是应用本发明方法的实施例，但本发明的内容并不局限于这些实施例的范围。
实施例1
本发明提供一种利用低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法。如图1所示，该部件由紧固螺丝1、低熔点金属及其氧化物的混合物2、两个表面光滑的矩形电接头（即带螺孔的金属片）3、4组成。电接头3的尺寸为6cm×3cm×1cm；电接头4的尺寸为6cm×3cm×1cm。电接头3、电接头4的材质均为紫铜（此外还可以是铝或不锈钢等）；紧固螺丝1材质为黄铜。
本发明的导电膏（低熔点金属及其氧化物的混合物2）由镓铟锡合金和氧化镓组成，其中氧化镓的质量分数为1%。使用时，将低熔点金属及其氧化物的混合物2均匀涂覆于金属片3接触表面并使其充分接触，涂覆厚度为0.1mm，然后通过紧固螺丝1将金属片3与金属片4连接。
由于低熔点金属及其氧化物的混合物2具有极高的电导率，其填充于两电接头3、4间可显著降低接触电阻热效应，降低连接接头间的接触电阻，提升电能传输效率。目前市售的导电硅脂电导率一般仅为1-104s/m，本实施例中的低熔点金属及其氧化物的混合物电导率可达到1×105-3×106s/m，导电性能显著提升，可有效降低连接接头间的接触电阻。
实施例2
本发明提供一种利用低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法。如图1所示，该部件由紧固螺丝1、低熔点金属及其氧化物的混合物2、两个表面光滑的矩形电接头（即带螺孔的金属片）3、4组成。电接头3的尺寸为10cm×5cm×1cm；电接头4的尺寸为10cm×5cm×1cm。电接头3、电接头4的材质均为不锈钢（此外还可以是铝或铜等）；紧固螺丝1材质为黄铜。
本发明的导电膏（低熔点金属及其氧化物的混合物2）由镓铟铜铋合金、氧化镓及氧化铟组成，其中氧化镓的质量分数为2％，氧化铟质量分数为1％。使用时，将低熔点金属及其氧化物的混合物2均匀涂覆于金属片3接触表面并使其充分接触，涂覆厚度为0.3mm，然后通过紧固螺丝1将金属片3与金属片4连接。
由于低熔点金属及其氧化物的混合物2具有极高的电导率，其填充于两电接头3、4间可显著降低接触电阻热效应，降低连接接头间的接触电阻，提升电能传输效率。目前市售的导电硅脂电导率为1～104s/m，本实施例中的低熔点金属及其氧化物的混合物电导率约为1×106s/m，导电性能提升显著，可有效降低连接接头间的接触电阻。
实施例3
本发明提供一种利用低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法。如图1所示，该部件由紧固螺丝1、低熔点金属及其氧化物的混合物2、两个表面光滑的矩形电接头（即带螺孔的金属片）3、4组成。电接头3的尺寸为8cm×8cm×4cm；电接头4的尺寸为8cm×8cm×4cm。电接头3材质为不锈钢、电接头4的材质均为紫铜；紧固螺丝1材质为黄铜。
本发明的导电膏（低熔点金属及其氧化物的混合物2）由镓锡银铜合金、氧化镓及氧化铜组成，其中氧化镓的质量分数为3％，氧化铜质量分数为1％。使用时，将低熔点金属及其氧化物的混合物2均匀涂覆于金属片3接触表面并使其充分接触，涂覆厚度为0.2mm，然后通过紧固螺丝1将金属片3与金属片4连接。
由于低熔点金属及其氧化物的混合物2具有极高的电导率，其填充于两电接头3、4间可显著降低接触电阻热效应，降低连接接头间的接触电阻，提升电能传输效率。目前市售的导电硅脂电导率为1～104s/m，本实施例中的低熔点金属及其氧化物的混合物电导率为5×106s/m，导电性能提升显著，可有效降低连接接头间的接触电阻。
另外，在其他具体实施例中，本发明的导电膏（低熔点金属及其氧化物的混合物2）还可以是钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金和钠钾合金中的一种或多种和任意一种前述金属的氧化物，不限于实施例中的列举。氧化物在混合物中的质量百分数由混合物所需要的粘度决定，氧化物在混合物中所占的质量分数越大，则混合物的粘度越大。10%到50%的质量分数也是可以存在的，此时混合物近似一种极为粘稠的非常干的膏状物质，为可调制粘度的最大值。因此，氧化物在混合物2中的质量百分数可以是0.05%、0.1%、1%、5%、10%、50%等0.05-50%之间任意的数值。
涂覆厚度由连接的两金属片的机械公差决定。若两者为紧配合，则涂覆厚度较小；若两者为松配合，则涂覆厚度需要增加。但一般而言，涂覆厚度越薄越好，越薄则接触电阻越小。因此，在其他具体实施方式中，涂覆厚度还可以是0.001mm、0.01mm、1mm、5mm等0.001mm-5mm之间任意的数值，不限于上述实施例的列举。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于低熔点金属及其氧化物降低接触电阻的方法，其特征在于：将低熔点金属及其氧化物涂覆于机械连接的电接头之间，其中，所述低熔点金属选自熔点在200℃以下的镓、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金和钠钾合金中的一种或任意两种以上的组合；所述低熔点金属氧化物选自氧化镓、氧化铟和氧化铋中的一种或任意两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述镓基二元合金为镓铟合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铅合金或镓汞合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电接头的材质为铜、铝或不锈钢。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述低熔点金属及其氧化物的涂覆厚度为0.001mm–5mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧化物占低熔点金属及其氧化物总重量的0.05-50％。
7.一种导电膏，其特征在于：由低熔点金属及其氧化物组成，所述氧化物占低熔点金属及其氧化物总重量的0.05-50％，所述低熔点金属选自熔点在200℃以下的镓、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金和钠钾合金中的一种或任意两种以上的组合；所述低熔点金属氧化物选自氧化镓、氧化铟和氧化铋中的一种或任意两种以上的组合。
8.根据权利要求7所述的导电膏，其特征在于：所述镓基二元合金为镓铟合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铅合金或镓汞合金；所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。
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