接触开关涂层制造技术

公开了开关组件和切换方法。在一些实施方案中，一种开关组件可包括在封闭腔内具有第一触点的第一刀片和在封闭腔内具有第二触点的第二刀片。该第一触点和该第二触点可操作以响应于磁场而彼此接触或断开接触。该开关组件还可包括在该第一触点和该第二触点中的每一者上形成的涂层，该涂层包括钛层、在该钛层上形成的第二层，以及在该第二层上形成的钨铜层。在一些实施方案中，该第二层为铜或钼。

【技术实现步骤摘要】
接触开关涂层
技术介绍

本公开通常涉及开关领域，并且更具体地讲，涉及一种用于接触开关的涂层。相关领域的讨论簧片开关是具有由导电铁磁材料(通常为亚铁镍合金)形成的两个簧片刀片的机电开关。在存在磁场的情况下，重叠的簧片刀片会吸引，导致刀片朝向彼此弯曲并接触，从而闭合电路。两个簧片刀片可被定位在气密地密封簧片刀片的玻璃胶囊内。该胶囊通常在大气压或超大气压下包含真空、空气或氮气。簧片开关可切换显著的功率，例如在10瓦至100瓦的范围内。簧片开关在以百万计乃至超过1亿次操作中还具有很长的寿命，而不会出现失效或接触电阻的显著增加。在许多循环中，当开关打开和闭合时，由于机械磨损或电弧，簧片触点可能会磨损、凹陷或腐蚀。这种凹陷或侵蚀导致横跨闭合开关的电阻增加。为了防止或至少最小化此类侵蚀，簧片刀片的接触表面可涂覆有各种具有相对低电阻率的硬质高熔融温度金属的材料。最近，某些电镀材料诸如金、铑和钌的成本已显著增加。因此，需要一种簧片开关触点布置，其使簧片刀片的接触面上存在的这些类型的材料的量最小化，而不会降低簧片开关寿命。
技术实现思路
在一个或多个实施方案中，一种开关组件可包括一种开关组件，该开关组件包括在封闭腔内具有第一触点的第一刀片和在封闭腔内具有第二触点的第二刀片。第一触点和第二触点可操作以响应于磁场而彼此接触或断开接触。开关组件还可包括在第一触点和第二触点中的每一者上形成的涂层。涂层可包括钛层、在钛层上形成的第二层、在第二层上形成的钨铜层。在一个或多个实施方案中，一种切换方法可包括提供可与第二触点一起操作的第一触点，其中第一触点和第二触点以第一配置形成开路，并且以第二配置形成闭路。切换方法还可包括在第一触点和第二触点中的每一者上提供涂层，该涂层包括钛层、在钛层上形成的第二层、以及在第二层上形成的钨铜层。该切换方法还可包括使用磁场使第一触点和第二触点相对于彼此偏置，其中磁场。在一个或多个实施方案中，一种簧片开关可包括在封闭腔内具有第一触点的第一刀片，在封闭腔内具有第二触点的第二刀片，第一触点和第二触点可操作以响应于磁场而彼此接触或断开接触。簧片开关还可包括在第一触点和第二触点中的每一者上形成的涂层，该涂层包括钛层、在钛层上形成的第二层、以及在第二层上形成的钨铜层。附图说明附图示出了到目前为止所公开的用于开关组件的原理的实际应用而设计的其示例性方法，并且其中：图1是采用根据本公开的实施方案的接触涂层的簧片开关的俯视横剖面图；图2是根据本公开的实施方案的沿剖面线2-2截取的图1的簧片开关的横剖面图；图3是根据本公开的实施方案的沿剖面线3-3截取的图1的簧片开关的一个触点的侧视横剖面图；并且图4是根据本公开的实施方案的切换方法的流程图。附图未必按比例绘制。附图仅仅是表示，并非旨在描绘本公开的具体参数。此外，附图旨在描绘本公开的示例性实施方案，并且因此不应被视为对范围的限制。此外，为了说明清楚，一些附图中的某些元件可以省略，或者不按比例示出。为了说明清楚，横剖面图可呈“切片”或“近视”横剖面图的形式，省略在“真实”横剖面图中以其他方式可见的某些背景线。此外，为清楚起见，在某些附图中可省略一些附图标号。具体实施方式本公开现在将参考附图进行，在附图中示出了各种方法。然而，应当理解，开关和开关组件可以许多不同的形式体现，并且不应被理解为限于本文所述的方法。相反，提供这些实施方案是为了使本公开将周密且完整，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在整个附图中，类似的数字是指类似的元件。如本文所用，除非明确地叙述了此类排除，否则以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开头的元件或操作应被理解为不排除多个元件或操作。此外，对本公开的“一个方法”或“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除同样并入所述特征的附加方法和实施方案的存在。此外，如附图所示，本文可使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“中心”、“上方”、“上”、“近侧”、“远侧”等，以便于描述一个元件与另一个元件的关系。应当理解，除了附图中所描绘的取向之外，空间相对术语还可涵盖在使用或操作中的装置的不同取向。如所公开，本文的实施方案提供了开关组件和切换方法。本文所公开的实施方案被设计为优于现有电镀接触系统的一种改善，其中簧片刀片涂覆有连续的钛、铜、钛、钼和钌层。为了改善现有技术的性能和成本缺陷，本文的实施方案提供了一种包括连续的钛、铜和钨铜层的溅射材料接触设备。在一些非限制性示例中，钨铜材料中铜的浓度可在0重量％至30重量％的范围内。已发现，本文的实施方案提供了优于现有技术的至少以下技术优点/改善。首先，与溅射的钌、钼、钛、铜和钛接触材料相比，在簧片开关上分层的溅射的钨铜、铜、钛(W-Cu/Cu/Ti)接触材料表现出优异的电气性能。其次，与镀钌、铑和金接触材料相比，簧片开关上的溅射W-Cu/Cu/Ti接触材料在例如33V-3A、120V-1A和400V-0.002A下表现出优异的电气性能。再次，在进行热处理的情况下，已发现后溅射热处理可显著地增加例如400V-0.002A下的电气性能。现在参考图1-2，将描述一种根据本公开的实施方案的开关组件(下文称为“组件”)10。如图所示，组件10可以包括簧片开关20。虽然是非限制性的，但是簧片开关20是具有轴向延伸的圆柱形玻璃胶囊22的所谓的“A形态”类型。两个簧片刀片24延伸到由玻璃胶囊22限定的气密密封的体积中。每个簧片刀片24具有延伸通过玻璃胶囊22的相对轴向末端28的引线26。玻璃胶囊的相对末端28可被加热并且熔合到每个簧片刀片24的引线26，从而相对于彼此定位簧片刀片并且形成气密密封并且封闭胶囊体积。胶囊体积通常包含真空或有时高于大气压的惰性气体诸如氮气或氩气。虽然是非限制性的，但是每个簧片刀片24的一部分30可被压平，从而产生控制闭合簧片开关20所需的力的受控弹簧常数。每个簧片刀片24端接在触点32中。簧片刀片24的触点32重叠，从而在它们之间限定接触空间或间隙34。每个触点32可具有接触表面36。接触表面36在接触间隙34上彼此面对。簧片开关刀片24可由具有例如51％-52％镍的组成的铁磁性合金(通常为镍和铁的合金)形成。在存在诸如由电气线圈或永久磁体产生的磁场的情况下，磁场渗透簧片刀片24，从而导致簧片刀片彼此吸引。吸引力导致簧片开关刀片24的柔性部分30弯曲，使得触点32闭合接触间隙34，从而使接触表面36接合并完成引线26之间的电路。当磁场被移除时，磁场不再渗透簧片刀片24并且触点32分离，从而重新建立接触间隙34，并且断开引线26之间的电路。在一些实施方案中，簧片开关20可在至多或超过500伏特DC的电压下切换介于10瓦和100瓦或更大之间的负载。当簧片开关20处于负载下时，在簧片开关20打开或闭合时，可在接触表面36之间形成电弧。此外，在簧片开关20的重复打开和闭合期间，接触表面36之间可发生机械磨损。由于簧片开关通常被设计成在簧片开关的寿命期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关组件，所述开关组件包括：/n第一刀片，所述第一刀片在封闭腔内具有第一触点；和/n第二刀片，所述第二刀片在所述封闭腔内具有第二触点，所述第一触点和所述第二触点可操作以响应于磁场而彼此接触或断开接触；和/n涂层，所述涂层形成于所述第一触点和所述第二触点中的每一者上，所述涂层包括：/n基础导电层；/n第二导电层，所述第二导电层形成在所述基础导电层上；和/n钨铜层，所述钨铜层形成在所述第二导电层上。/n

【技术特征摘要】
20190104 US 16/240,3251.一种开关组件，所述开关组件包括：
第一刀片，所述第一刀片在封闭腔内具有第一触点；和
第二刀片，所述第二刀片在所述封闭腔内具有第二触点，所述第一触点和所述第二触点可操作以响应于磁场而彼此接触或断开接触；和
涂层，所述涂层形成于所述第一触点和所述第二触点中的每一者上，所述涂层包括：
基础导电层；
第二导电层，所述第二导电层形成在所述基础导电层上；和
钨铜层，所述钨铜层形成在所述第二导电层上。


2.根据权利要求1所述的开关组件，其中所述第二导电层是以下中的一者：铜和钼。


3.根据权利要求1所述的开关组件，其中所述基础导电层、所述第二导电层和所述钨铜层各自为溅射层。


4.根据权利要求1所述的开关组件，其中所述第一触点的所述钨铜层可操作以与所述第二触点的所述钨铜层接触。


5.一种切换方法，所述切换方法包括：
提供可与第二触点一起操作的第一触点，其中所述第一触点和所述第二触点以第一配置形成开路，并且以第二配置形成闭路；
在所述第一触点和所述第二触点中的每一者上提供涂层，所述涂层包括：
基础导电层；
第二导电层，所述第二导电层形成在所述基础导电层上；和
钨铜层，所述钨铜层形成在所述第二导电层上；以及
使用磁场使所述第一触点和所述第二触点相对于彼此偏置。


6.根据权利要求5所述的切换方法，其中在所述第一触点和所述第二触点中的每一者上提供所述涂层包括：
将所述基础导电层溅射在所述第一触点和所述第二触点上；
将所述第二导电层溅射在所述基础导电层上；以及
将所述钨铜层溅射在所述第二导电层上。


7.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·沃纳·利斯，约书亚·詹姆斯·科佩尔，J·安东尼·斯皮斯，埃里克·詹姆斯·哈芬斯蒂恩，
申请(专利权)人：力特保险丝公司，
类型：发明
国别省市：美国;US