一种接触元件，用于与接触构件形成电接触从而使得电流能够在所述接触元件和所述接触构件（２，６，７，１８）之间流动，所述接触元件（１，５，１４，１５，１６，２５）包括主体（３），所述主体（３）具有至少一个涂敷有接触层的适于贴靠所述接触构件的接触表面，其特征在于：所述接触层（４）包含纳米复合膜，所述纳米复合膜具有非晶碳基体和嵌入所述非晶碳基体中的至少一种金属碳化物的纳米尺寸微晶，所述纳米尺寸微晶的尺寸为１～１００ｎｍ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种接触元件，用于与接触构件形成电接触，使得电流 能够在所述接触元件和所述接触构件之间流动，所述接触元件包括具有 至少一个涂敷有接触层的适于贴靠接触构件的接触表面的主体，本专利技术 还涉及一种滑动电接触装置，即， 一种电接触装置，该装置中的两个适 于相互贴靠以建立电接触的接触表面在建立和/或中断和/或维持接触作 用时可以彼此相对滑动。
技术介绍
这种接触元件可以具有许多不同用途，在该接触元件中布置接触 层，用于形成具有期望性质的与接触构件的电接触，例如相对于待接触 的接触构件材料的低摩擦系数、低接触电阻和高耐磨性等。这种应用例 如用于在一种或多种半导体器件的晶片中形成用于该半导体器件的接触、用于在机械切断开关(disconnector)和断路器(breaker)中建立 和中断电接触以及用于在插入型接触装置中建立和中断电接触。这种可 以建立滑动接触或静态接触的电接触元件优选具有例如由铜或铝制成 的主体(body)。已知，用金属接触层涂敷所述主体，以防止接触元件 的接触表面磨损和腐蚀。然而，已经发现，目前为止用于这种接触层的 金属呈现出容易粘附到与其贴靠的接触构件表面上的趋势，当施加牵引 力试图使得接触元件相对接触构件移动时，这可能导致对接触元件和/ 或接触构件的所述表面附近部分的损伤，例如由于所述接触元件的热膨 胀系数与所述接触构件的热膨胀系数随温度的变化不同，或者当所述接 触元件和所述接触构件在滑动接触中彼此相对移动时，可能导致对接触 元件和/或接触构件的所述表面附近部分的损伤。这个问题已经通过用 润滑剂润滑接触元件和接触构件的接触表面而得到解决。这种润滑剂可 以为油基或脂基的，而且也可以为固体润滑剂，例如石墨等。但是，固 体润滑剂的导电性差，而且在接触表面彼此相对滑动时经常^皮磨损掉。WO01/41167公开了一种解决上述问题的方案，其中将所述接触层设计为包含层叠的多元素材料的连续膜。但是，存在相对于已知接触元件在几个方面改进的所述接触元件的 期望和需要，所述方面例如为具有低接触电阻、高的耐磨性和由此增加 的使用寿命，甚至是更低的摩擦，用于减少对润滑需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电接触元件，该电接触元件通过至少部分 满足所述需要而相对于已知的接触元件得到改进。本专利技术的所述目的是通过提供一种如
部分所限定类型的 接触元件而实现，其中所述接触层包含纳米复合膜，该钠米复合膜具有 非晶碳基体和嵌入该基体中的至少一种金属碳化物的纳米尺寸(即，1 ~lOOnm尺寸范围)；敞晶。已经发现，这种纳米膜具有使得其极适合用作这种接触层的性质。 这归因于非晶碳基体允许所述接触层的界面与所述接触构件上的相应 的或其它的接触层物理匹配的性质以及相对于仅为非晶碳的层而言嵌 入所述非晶碳基体中的金属碳化物微晶降低了接触层的电阻率。此外， 金属碳化物在所述基体或非晶碳的粘结相(binding phase )中的存在提 高了接触层的耐磨性。这种纳米复合膜也具有相对于所述接触构件而言 摩擦系数低的潜能。本公开中的基体应解释为不仅涉及容纳碳化物颗粒的连续主相。 该碳基体也可以为次相，甚至是不连续相，在极端的情况下，这种基体 仅由碳化物颗粒周围的少数原子层组成。因此，基体解释为这种类型的 粘结相。非晶碳基体与纳米尺寸的金属碳化物微晶的不同性质使得当然可 以通过初始改变金属碳化物与碳基体的比率针对接触元件的各种预定 用途来最优化接触层。接触层的硬度会随着金属碳化物与碳基体的比率 的提高而提高，而接触层的电阻率会随着金属碳化物与碳基体的比率提 高而降低。然而，接触电阻会随着这种比率的提高而改变。根据本专利技术的一个实施方案，所述金属为过渡金属，即元素周期表第3 12族的元素。已经发现，该金属使得接触层具有极好的性质，特 别在低接触电阻方面。非常适用于所述纳米尺寸金属碳化物的金属的例 子为铌和钛。根据本专利技术的另一个实施方案，所述膜仅仅含有一种金属，即为二 元体系。已经证实，为了获得接触层的目标性质，仅仅一种金属形成嵌 入在所述非晶碳化物基体中的金属碳化物通常就足够了 。根据本专利技术的另一个实施方案，所述膜包含至少一种另外的第二金 属的碳化物的纳米尺寸微晶。有利的是这种金属可以为过渡金属。已经 发现，这种第二金属的加入增加了使接触层的性质满足在预定用途中对 接触元件的要求的可能性。有时，非常低的接触电阻比高的耐磨性更重 要，或者相反，这可以通过加入这种第二金属来实现。纳米复合膜的所 谓金属碳化物性质可以通过加入形成碳化物的这种另外的金属来改进。根据本专利技术的另一个实施方案，所述微晶具有5~50nm的类似直径 (diameter-like)的尺寸。已经证实，晶体的这种尺寸产生这类接触层 中通常所要求的特别有利的性质。根据本专利技术的另 一个实施方案，所述基体还包含另外的第三金属， 该第三金属分布于嵌入所述基体碳并相对于所述基体碳分散的相中。这 种不形成金属碳化物的金属的加入将主要改变所述基体的性质，可以降 低所述基体的电阻率并由此降低整个接触层的电阻率。所述另外的第三金属有利地为过渡金属，例如可以为Ag。根据本专利技术的另一个实施方案，所述碳化物^t晶含有弱形成或不形 成碳化物的金属的固溶体。弱指的是所述金属形成碳化物的倾向低。 将这种金属加入到碳化物中引起碳化物相的碳含量降低，并因此提高基 体相中的碳含量。这是由于如下事实所导致这种金属将结合所述至少 一种金属碳化物的金属，使得所述金属碳化物的金属不能结合原本应结 合的情形那样多的碳，迫使一些碳析出进入基体相并增加基体相中的碳 的量。这会以对于接触应用可能是重要的方式影响机械和电性能。所述 弱或不形成碳化物的金属为元素周期表第7~12族的过渡金属或者Al、 或其组合。尤其可以使用A1结合钛。根据本专利技术的另 一个实施方案，所述非晶碳基体在所述非晶碳基体的碳原子之间具有高的sp2键/sp3键之比，所述比率高于0.6。其特征 在于这种高比率的非晶碳基体的所谓杂化使得所述基体更象石墨，而不 是更象金刚石，这导致比所述比率低的情形更高的电导率。同时，该基 体较软，这改善了将所述接触层的表面与所述接触构件的表面相互压靠 时的匹配性。根据本专利技术的另一个实施方案，所述膜的厚度为0.05~10|nm，这适 于大多数应用。根据本专利技术的另 一个实施方案，所述膜通过使用气相沉积才支术沉积在 所述主体上，所述气相沉积技术可以为物理气相沉积(PVD)或化学气相 沉积(CVD )。所述膜也可以通过利用溶液法例如通过溶胶-凝胶法形成 在所述主体上。本专利技术的另 一 目的是提供一种如在
部分中所定义类型的滑动 电接触装置，所述装置允许彼此贴靠的两个接触表面移动，同时较大程度 上降低上述讨论的不便之处。根据本专利技术，通过提供具有根据本专利技术接触元件的这种装置来实现这 一目的，所述接触元件布置为与接触构件形成具有低摩擦系数的干接触 (dry contact )，所i^擦系数低于0.3，优选低于0.2。这种接触装置的基本特征和优点与根据本专利技术的接触元件的特征相 关，并且通过这种接触元件的上述讨论而显而易见。但是，要指出的是，滑动电接触包括在建立接触和/或断开接触和/或维持接触作用时，在 可以彼此相对移动的两个构件之本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种接触元件，用于与接触构件形成电接触从而使得电流能够在所述接触元件和所述接触构件(2，6，7，18)之间流动，所述接触元件(1，5，14，15，16，25)包括主体(3)，所述主体(3)具有至少一个涂敷有接触层的适于贴靠所述接触构件的接触表面，其特征在于所述接触层(4)包含纳米复合膜，所述纳米复合膜具有非晶碳基体和嵌入所述非晶碳基体中的至少一种金属碳化物的纳米尺寸微晶，所述纳米尺寸微晶的尺寸为1～100nm。2. 权利要求l所述的接触元件，其特征在于所述金属为过渡金属，即， 元素周期表3 ~ 12族的元素。3. 权利要求2所述的接触元件，其特征在于所述金属为铌或钛。4. 前述权利要求任一项所述的接触元件，其特征在于所述膜仅仅包含一 种金属。5. 权利要求1~3中任一项所述的接触元件，其特征在于所述膜包含至 少一种另外的第二金属的碳化物的纳米尺寸微晶。6. 权利要求5所述的接触元件，其特征在于所述第二金属为过渡金属。7. 权利要求1 ~ 6任一项所述的接触元件，其特征在于所述^t晶具有5 ~ 50nm的类似直径的尺寸。8. 权利要求1~3、 5、 6和7中任一项所述的接触元件，其特征在于所 述基体还包含另外的第三金属，所述第三金属分布于嵌入所述基体碳并 相对于所述基体碳分散的相中。9. 权利要求8所述的接触元件，其特征在于所述另外的第三金属为过渡 金属。10. 权利要求9所述的接触元件，其特征在于所述另外的第三金属为 Ag。11. 权利要求1~3和5~10中任一项所述的接触元件，其特征在于所述 碳化物微晶包含不形成碳化物或者弱形成碳化物的金属的固溶体。12. 权利要求11所述的接触元件，其特征在于所述不形成碳化物或者弱 形成碳化物的金属为元素周期表第7~12族的过渡金属或者Al，或其组 合。13. 前述权利要求任一项所述的接触元件，其特征在于所述非晶碳基体 在所述非晶碳基体的碳原子之间具有高的sp2键/sp3键之比，所述比率 大于0.6。14. 前述权利要求任一项所述的接触元件，其特征在于所述膜的厚度为 0.05 ~ 10拜。15. 前述权利要求任一项所述的接触元件，其特征在于所述膜通过使用 气相沉积技术沉积在所述主体上。1...
【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·莱温，乌尔夫·扬松，奥拉·威廉松，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，因帕克特涂层有限公司，
类型：发明
国别省市：
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