電接觸及其學科的研究內容和意義
電接觸是指兩個導體之間相互接觸并通過接觸界面實現電流傳遞或信號傳輸的一種物理、化學現象。電接觸現象廣泛存在于電力系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等各類民用、國防領域的工業(yè)系統(tǒng)當中，涉及國民經濟發(fā)展和國防安全建設的方方面面［1��4］。
根據接觸的狀態(tài)及行為表現，電接觸可分為固定電接觸、滑動或滾動電接觸以及可分離電接觸。具體的，如果電接觸是依靠兩個導體固定接觸而維持，在正常工作過程中導體之間不發(fā)生相對移動，例如各種固定的電連接器以及電纜或母排的連接等應用，稱為固定電接觸；如果電接觸依靠兩個導體通過滑動接觸或者滾動接觸而維持，例如集電環(huán)、導電刷、電動機車的受電弓與饋電線、滾動導電環(huán)等，稱為滑動或滾動電接觸；如果在正常工作中，兩個導體會出現接觸和分離兩種狀態(tài)實現電接觸的產生和消除，導致兩導體所處電路的電流接通或分斷，則稱為可分離電接觸。最常見的應用是電力系統(tǒng)中大量使用的各類開關電器中的觸頭，承擔了執(zhí)行接通和切斷各種電路、承載正常的額定工作電流的職能，屬于典型的可分離電接觸，在帶電分斷的情況下還會產生非常重要的電弧放電現象［5��10］。
在上述各類電接觸中，傳遞電流或輸送信號的兩導體稱為觸頭、觸點或電極，根據電流方向，又可以定義電接觸的陽極和陰極，電流從陽極通過電接觸流入陰極。如果是在交流情況下，電接觸的陽極和陰極則隨電流方向交替變化。
開關和電連接器等電接觸器件通常用于負責系統(tǒng)的連接與保護，往往是整個系統(tǒng)能量與信息傳輸的安全保障和咽喉環(huán)節(jié)。例如，配電電器的分斷能力、控制電器的工作壽命、繼電器的可靠性，無不取決于觸頭的工作性能和質量，其關系到系統(tǒng)的安全運行［11��19］。特別是近年來，隨著能源、信息等領域的飛速發(fā)展，各種新的應用場景層出不窮，對相關器件的電接觸的通流性能、開斷性能和運行壽命等提出了非�？量痰囊�求，因此相關的研究工作非常重要。
電接觸的產生、維持和消除過程又是一個非常復雜的物理、化學過程，涉及電氣、機械、材料等多個方面的交叉融合。尤其是可分離電接觸，由于在兩導體間，依據不同的電氣條件，常常發(fā)生不同形式的氣體放電，因而問題變得更加復雜多變［20��30］。在兩導體的接觸界面或導體與等離子體界面發(fā)生的過程是電、磁、熱、力及材料冶金效應相互作用的綜合結果。電接觸理論正是研究電接觸產生、維持和消除過程當中，兩導體接觸界面或導體與等離子體界面發(fā)生的物理、化學過程的學科。這一學科涉及電弧物理、電磁場理論、計算機仿真、微觀測試技術、電磁機構、電工材料與制造等，其研究的最終目的是在滿足一定的經濟效益前提下，提高電接觸的工作可靠性和工作壽命。
電接觸理論研究及應用的主要內容包括：
（1）電接觸現象的基礎理論研究
主要研究電接觸的產生、維持和消除過程中的一些物理、化學現象。如電接觸維持狀態(tài)下接觸電阻尤其是表面膜電阻部分的增值機理，以及由于接觸電阻引起的溫升現象甚至熔焊，電接觸產生和消除過程中出現的觸頭材料侵蝕和轉移等。
（2）電接觸材料
不同的電接觸形式，或不同的電氣、機械工作條件，對電接觸材料的要求各有側重。因而在節(jié)省貴金屬的前提下，研制開發(fā)適合相應要求的電接觸材料一直是電接觸理論和應用研究中的重要方面。新型電接觸材料的開發(fā)，必須以電接觸現象的理論研究為基礎，主要從材料的組成和制造工藝兩方面改善電接觸材料的性能。
（3）電接觸試驗和診斷技術
電接觸診斷技術是開展電接觸試驗研究的重要手段。電接觸產生、維持和消除過程中發(fā)生的全部現象的觀察、測試都需要借助和開發(fā)先進的診斷技術。例如，接觸電阻和導電斑點區(qū)域溫升的測試技術，電極間電弧特性的測試技術，觸頭材料侵蝕和轉移的原位測試以及定量分析，電接觸材料接觸表面形貌特征及電接觸材料組織和成分的測試技術等。
（4）電接觸現象的數學模型化研究
隨著計算機科學的普及和發(fā)展，許多復雜的物理、化學過程得以采用計算機模擬或仿真［31��40］�？茖W的發(fā)展總是要由試驗研究逐步發(fā)展到數學模型化階段，對基本物理過程形成更加深入的認識，之后再利用數學模型和仿真方法對實際的工程應用形成科學的指導。因此，試驗測試是數學模型化的基礎，二者相輔相成互為促進。特別是在現代工程技術中，許多無法進行試驗測試或因費用太高而難以進行測試的物理現象，常采用計算機技術來模擬整個過程，以獲得對過程特性的了解和掌握。近年來，電接觸理論及其應用研究在數學模型化方面也取得了引人矚目的進展。尤其是在由接觸電阻的微觀描述，電弧引起的電觸頭材料燒蝕過程的數學模型化方面已取得不少成績。盡管如此，在數學模型化這一領域仍有許多尚待研究和解決的問題。
2�彪娊佑|學科的形成和發(fā)展
電接觸現象很早就受到關注，幾乎與電工學同時起步。世界上最早關心電接觸問題的是英國的Johnson Matthey Company。19世紀50年代，由于在電信用途中繼電器的使用，研究人員選用金屬鉑用作繼電器的觸點，標志著關于電接觸現象研究的開始。
1941年，R. Holm出版了電接觸學科的第一部著作［2］《電接觸技術物