环保型氧化物增强银基电接触功能复合材料研究进展

围绕研制开发具有与AgCdO性能相媲美的银基电接触材料,报道了近3年来传统Ag/SnO_2、Ag/ZnO、Ag/CuO三种银基电接触材料体系的研究现状,主要论述国内外研究学者从掺杂改性、制备方法、材料模拟仿真、第一性原理计算等方面开展的大量优化研究;梳理了目前制备银基电接触材料体系的常规制备技术及其工作原理;简述了当前部分学者研制开发的诸如Zn_2SnO_4、La SrCuO_4、Ti_2AlN、La_2Sn_2O_7等新型增强相改性银基电接触材料体系;论述了关于材料模拟仿真、第一性原理等理论计算在电接触材料中的应用现状,这些理论计算为银基电接触材料的成分-结构-性能的优化设计提供了相应的指导意义,有助于缩短材料筛选与研发周期。采用新型表征技术检测Ag/CdO等电接触材料的本质特性,为新材料体系研发推导出最本质的设计判据,而关于电弧能量场作用下银基电接触材料的表面熔池特性、熔池内部冶金反应行为及其电寿命失效机制有待深入探究。     

添加Ti元素的纳米Ag/SnO_2电接触材料的制备和研究（英文）

采用液相原位化学法制备了一种超细的纳米级SnO2-TiO2复合粉末。对Ti元素在复合粉体中分布形态及对复合纳米粉体显微组织的影响进行了研究。SEM分析结果表明,SnO2-TiO2复合粉末颗粒细小、均匀,没有明显的团聚。采用粉末冶金法制备了一种新型的Ag/SnO2-TiO2电接触材料,并对该材料的电气性能进行了试验。结果表明,所研制的新材料通过了接通与分断能力试验,具有较好的抗电弧侵蚀性能,并且温升较低。因此,所制备的Ag/SnO2-TiO2电接触材料有可能成为替代Ag/SnO2的新型材料。     

Preparation and Study of Nano-Ag/SnO2 Electrical Conta- ct Material Doped with Titanium Element

采用液相原位化学法制备了一种超细的纳米级SnO2-TiO2复合粉末。对Ti元素在复合粉体中分布形态及对复合纳米粉体显微组织的影响进行了研究。SEM分析结果表明,SnO2-TiO2复合粉末颗粒细小、均匀,没有明显的团聚。采用粉末冶金法制备了一种新型的Ag/SnO2-TiO2电接触材料,并对该材料的电气性能进行了试验。结果表明,所研制的新材料通过了接通与分断能力试验,具有较好的抗电弧侵蚀性能,并且温升较低。因此,所制备的Ag/SnO2-TiO2电接触材料有可能成为替代Ag/SnO2的新型材料。     

金属氧化物对Ag/MeO触点材料性能的影响

研究了20A20V dc负载条件下, Ag/CdO(90/10,质量分数,下同), Ag/SnO2(90/10)和Ag/REO(88/12)三种触点材料的电气使用性能.结果表明,Ag/REO接触电阻最低、材料转移最少.对其15万次分断后的接触表面进行的SEM分析表明,Ag/REO触点表面平坦,结合紧密,没有裂纹和孔洞产生.论文分析了氧化物粒度、体积分数、密度等对Ag/MeO触点材料性能的影响.     

银基电接触材料的最新研究进展和展望

贵金属基电接触材料广泛应用于电子、电工行业,而Ag基电接触材料的用途和用量最大。总结了主要银基电接触材料中传统的Ag/Ni、Ag/CdO、Ag/SnO2、Ag/ZnO、Ag/C、Ag/W、Ag/WC材料,以及新型的Ag/CNT、Ag/Graphene、Ag/MAX材料的制备方法、性能、用途和研究现况。综述了近年来在电接触材料的实时原位测试技术,并对熔桥、电弧等现象的观测结果和技术进展,以及模拟仿真技术在电接触材料研究中对熔桥、电弧等研究成果和技术进展。分析了银基电接触材料研究中存在的问题,并展望了发展趋势。     

大塑性变形对Ag/SnO2材料显微组织与性能的影响

对两种制备工艺制备的SnO2质量分数为5%的Ag/SnO2复合材料进行了不同应变程度的挤压,研究了组织形貌,发现对于反应合成制备的Ag/SnO2材料经过较大真实应变挤压后纤维状组织消失,SnO2颗粒更加弥散.比较了两种方法制备的Ag/SnO2材料的电导率、抗拉强度及延伸率,及质量分数对其的性能的影响.发现经过较大的真实应变挤压,3种性能都得到了很好改善.     

(CuO, Fe2O3)掺杂Ag/SnO2电接触材料的物理性能

以CuO、Fe_2O_3为掺杂剂,采用机械合金化方法结合冷压-烧结-热压工艺制备(CuO, Fe_2O_3)掺杂Ag/SnO2电接触材料。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、金属电阻率仪、热导率仪和霍尔效应测量仪等分析了不同掺杂比例Ag/SnO_2电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明:热压可显著改善电接触材料中SnO_2颗粒与Ag基体的界面结合;CuO和Fe_2O_3单一掺杂可分别提高Ag/SnO_2电接触材料的导电性能和导热性能,而复合掺杂的Ag-11.5SnO_2-0.3CuO-0.2Fe_2O_3电接触材料的导电导热性能最佳,其电阻率为2.25μΩ·cm,硬度(HV_(0.5))为748MPa,在室温下的热扩散系数和热导率分别为111.4 mm~2/s和338.6 W/(m·K)。复合掺杂的SnO_2增强相对Ag基体的平均润湿角为62.7°,界面润湿效果好;SnO_2与Ag晶粒之间界面结合良好,SnO_2(200)晶面与Ag(111)晶面的界面晶格错配度为14.25%。     

Ag/SnO2电触头材料退火工艺研究

研究了Ag/SnO2电触头材料的退火工艺.根据退火温度和时间对Ag/SnO2电触头材料的抗拉强度、硬度和伸长率的影响,确定了最佳退火温度和时间为650℃×2h.在该工艺条件下退火,SnO2颗粒在Ag基体中的分布更加均匀弥散,导电性能提高.如果退火不当,在拉拔过程中Ag/SnO2线材会发生异常断裂,出现锥形断口.断口的微观形貌分析显示,异常断裂是由于SnO2颗粒在Ag基体材料中局部富集造成的.     

锡酸锌纳米粉体的制备及其在电接触材料中的应用

以不同的锌源,锡源与沉淀剂为原料,采用化学共沉淀法成功合成了具有尖晶石结构的高纯度立方锡酸锌纳米粉体。采用机械合金化和粉末冶金技术制备Ag/Zn_2SnO_4电接触材料。探究了煅烧温度、锌源种类和沉淀剂类型等工艺参数对Zn_2SnO_4粉体的微观结构和Ag/Zn_2SnO_4电接触材料性能的影响规律。采用场发射扫描电子显微镜和X射线电子衍射仪表征锡酸锌粉体的形貌和物相,并测试Ag/Zn_2SnO_4电接触材料的电阻率,硬度与密度等物理性能。结果表明:以五水四氯化锡,氯化锌与碳酸钠为原料,于1000℃条件下煅烧3h合成的Zn_2SnO_4增强Ag基电接触材料可达到最佳电阻率2.31μΩ·cm,此时材料相应的密度和维氏硬度分别为9.51 g/cm3和656.3 MPa。相比于传统的Ag/SnO_2与Ag/ZnO电接触材料,Ag/Zn_2SnO_4电接触材料在电学性能和致密度上具有明显优势;由Ag/Zn_2SnO_4材料的断口组织分析可知,Ag相与Zn_2SnO_4增强相颗粒间结合良好。     

纳米氧化锡银基电触头材料的研究

银氧化锡触头材料是近年发展很快的1种新型无毒电触头材料，它具有热稳定性好、耐电弧侵蚀及抗熔焊性能。试验采用溶胶凝胶法制备纳米SnO2粉末，通过掺杂、化学镀包覆等工艺改善SnO2的导电性能及氧化物和银的浸润性；从而降低银氧化锡触头材料的接触电阻、改善组织的均匀性，提高机械加工性能。     

新型Ag/SnO_2/CeO_2电器触头材料的制备及其电气性能的研究

为了改善现有Ag/Sn O2电器触头材料的机械性能和电气使用性能,制备了以Ag为基体、Sn O2为增强相、Ce O2为添加剂的一种新型Ag/Sn O2/Ce O2电器触头材料。首先,采用液相原位化学法制备了弥散分布的纳米Sn O2-Ce O2复合粉末,结合微观分析手段测试,研究了稀土氧化物Ce O2对Sn O2相成分和微观结构的影响。接着,采用粉末冶金工艺制备了新型Ag/Sn O2/Ce O2电器触头材料,并对材料的物理和机械性能以及温升、额定接通与分断能力等电气使用性能进行了测试和分析。测试结果表明,本研究制备的新型Ag/Sn O2/Ce O2电器触头材料的电气使用性能优于国内现有的Ag/Sn O2触头材料。     

A Novel Method for the Preparation of Ag/SnO2 Electrical Contact Materials

描述了一种制备Ag/Sn O2电接触材料(Sn O2的质量分数为12%)的新方法。首先采用共沉淀法制备Ag-Sn O2纳米复合粉体(Sn O2的质量分数为42%)并对该Ag-Sn O2纳米复合粉体进行了表征。XRD结果表明制备的复合粉体由纯立方相的Ag和四方金红石相的Sn O2组成;SEM及TEM结果表明,纳米Sn O2与纳米Ag颗粒均匀弥散分布在复合粉体中;并借助于TG-DTA热分析对纳米复合粉体前驱体的制备过程进行了分析。然后,将Ag-Sn O2纳米复合粉体与Ag粉混合,采用粉末冶金法制备成Ag/Sn O2电接触材料,并对制备的Ag/Sn O2电接触材料进行了表征。结果表明,由于纳米Sn O2在Ag基体中弥散分布,制备的材料的物理性能如密度、硬度及电导率比普通工艺制备的材料好。     

Ag/SnO2电接触材料的制备及其燃弧特性研究

以Ag粉和自制SnO_2为原料,采用机械合金化和热挤压拉拔工艺制备Ag/SnO_2电接触材料。采用冷压焊工艺设备制备了Ag/SnO_2铆钉元件。采用X射线衍射仪(XRD)对Ag粉、自制SnO_2及Ag/SnO_2复合粉体进行物相分析;采用扫描电子显微镜(SEM)对电寿命测试前后Ag/SnO_2铆钉元件的表面形貌进行了表征。并考察了不同电气参数对Ag/SnO_2铆钉元件的燃弧特性、电弧侵蚀形貌、质量损失及其失效退化模式等特性研究。结果表明:Ag/SnO_2电接触材料在电弧作用下相比于纯Ag表现出更高的燃弧时间和燃弧能量,平均闭合与断开燃弧时间分别为51.78和25.86 ms,比纯Ag多出4.87和2.78 ms;同理,平均闭合、断开燃弧能量分别为988.14和493.85 mJ,比纯Ag高出104.93和58.76mJ;随着循环操作次数的增加,Ag/SnO_2电接触材料的总质量损失为负值,其失效退化模式主要表现为液滴飞溅与SnO_2颗粒上浮。     

Production of Ag−ZnO powders by hot mechanochemical processing

Ag–CdO composites are still one of the most commonly used electrical contact materials in low-voltage applications owing to their excellent electrical and mechanical properties. Nevertheless, considering the restriction on using Cd due to its toxicity, it is necessary to find alternative materials that can replace these composites. In this study, the synthesis of Ag?ZnO alloys from Ag?Zn solid solutions was investigated by hot mechanochemical processing. The hot mechanochemical processing was conducted in a modified attritor mill at 138 °C under flowing O₂ at 1200 cm³/min for 3.0 h. The microstructure and phase evolution were investigated using X-ray diffractometry, field emission gun scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The results suggest that it is possible to complete the oxidation of Ag?Zn solid solution by hot mechanochemical processing at a low temperature and short time. This novel synthesis route can produce Ag?ZnO composites with a homogeneous distribution of nanoscale ZnO precipitates, which is impossible to achieve using the conventional material processing methods. Considering the fact that the fundamental approach to improving electric contact material performance resides in obtaining uniform dispersion of the second-phase in the Ag matrix, this new processing route could open the possibility for Ag?ZnO composites to replace non-environmentally friendly Ag?CdO.     

氧化物添加剂对Ag-SnO2电接触材料抗蠕变性能的影响

为研究氧化物添加剂对Ag基电接触材料抗蠕变性能的影响,用粉末冶金法制备了分别含有CuO、WO_3和In_2O_3的Ag-SnO_2材料。室温下对拉伸试样进行蠕变实验,获得蠕变特征曲线及相关参数,构建了Ag-SnO_2材料的蠕变本构方程。借助扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断口形貌进行分析,用ABAQUS有限元软件进一步对蠕变行为进行模拟。结果表明:由于SnO_2与Ag基体间的界面强度得到提高,氧化物添加剂可显著增强Ag-SnO_2电接触材料的抗蠕变性能,尤其是CuO添加剂的效果最佳。模拟结果与通过实验获得的蠕变数据基本吻合,误差小于3%。研究结果对预测Ag基电接触材料的蠕变行为及改善力学性能均具有一定参考价值。     

Influence of operation number on arc erosion behavior of Ag/Ni electrical contact materials

Arc erosion behavior of Ag/Ni materials with different operation numbers was investigated by OM, 3DOP and SEM. The results indicated that the arc erosion of Ag/10Ni electrical contact material fabricated by sintering? extrusion technology was more and more serious with the operation numbers increasing from 1000 to 40000. With the same operation numbers, the arc erosion on anode was more serious than that on cathode. Besides, the pores preferred to emerge around the arc effect spot during the first 10000 operations. And the morphology of the molten silver on cathode and anode was different due to the action of gravity and arc erosion. Furthermore, the relationships among arc energy, arc time, welding force, electric resistivity, temperature and mass change on contacts were discussed, which indicated that the mass loss on cathode was mainly caused by the fracture of molten bridge.