專利名稱：銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電接觸復(fù)合材料，特別是銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，屬于材冶技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電觸頭是電器設(shè)備的關(guān)鍵元件之一，其功能是接通和切斷電流。它既是載流體，又是機械零部件，必須具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及耐電弧燒損、抗熔焊、小的電磨損、低而穩(wěn)定的接觸電阻、不與使用介質(zhì)起化學(xué)變化、有一定的強度
和易于機械加工等特性。公知的電接觸材料已有近100年的發(fā)展歷史，最初使用純金、純銀、純鉑作接點材料，40年代開始采用Ag-Cu、 Au-Ag、 Pt-Ir、 Pt-Ag等合金，60年代以來發(fā)展了多元貴金屬和各種貴金屬復(fù)合材料。由于Ag及其合金優(yōu)良的導(dǎo)電性能和良好的加工性以及價格較低，使得銀基電接觸材料廣泛用于各種功率條件下工作，而且大量用于大、中負(fù)荷電器中。如各種開關(guān)、繼電器、接觸器等。公知的形成產(chǎn)業(yè)化和實際應(yīng)用的觸頭材料可以歸納為四個系列Ag-MeO(銀與金屬氧化物)系列電接觸材料、Ag-C系列電接觸材料、Ag-WC系列電接觸材料、Ag-Ni系列電接觸材料。幾種電接觸材料中目前應(yīng)用最廣泛的是Ag-MeO系列，公知的Ag-MeO系列電觸頭材料主要有AgCdO， AgSn02，AgZnO， AgSi02，銀稀土氧化物(AgREO)等。AgCdO電接觸材料的特點是耐損蝕性好、抗熔焊能力強、接觸電阻低而穩(wěn)定，具有良好的使用性能，應(yīng)用的電流從幾十安到幾千安，廣泛應(yīng)用于從幾伏到上千伏的多種低壓電器中，曾被稱為"萬能觸點"。而在AgCdO中，依靠Cd蒸汽的揮發(fā)和02溢出來冷卻基體材料并熄滅電弧，CdO的分解溫度比Ag的熔點低，且CdO在較低的溫度下就可以升華；CdO的存在同時提高了表面熔融物的粘度，可防止銀被電弧吹離。但由于鎘金屬蒸汽有毒，污染環(huán)境，對人體有害，近二十年來，許多國家都展開了代鎘材料的研究，取得了很大的進(jìn)步。
日本自1972年提出限制使用AgCdO觸點之后，積極開展"少鎘、代鎘"電接觸材料的研究，研制成功并大量生產(chǎn)AgSn合金添加Bi、 Mn、 Cu等一種或多種元素進(jìn)行內(nèi)氧化的Ag-Sn02電接觸材料。所制造的觸點具有耐損蝕性好、接觸電阻低等特點。同時，美國、俄羅斯、法國、韓國等也積極開展Ag-MeO電接觸材料的研制和產(chǎn)品開發(fā)工作。公知的此類電接觸材料主要存在以下問題如材料塑性差，難于加工，尤其使用納米氧化物增強材料時性能雖然提升，但加工難度大，產(chǎn)品成材率低；氧化物除CdO外通常熱穩(wěn)定性好，高溫不易分解，會使材料溫升高，氧化物沒有滅弧作用而使得電接觸性能比銀氧化鎘差；公知的添加氧化物與銀的潤濕性差異較大等；這些問題使得幾種Ag-MeO電接觸材料在加工性和使用性能方面一直存在缺陷，尤其是粉末冶金制備的AgSn02材料被廣泛應(yīng)用與各種電器，使用過程中出現(xiàn)表面銀金屬飛濺而導(dǎo)致僅剩下較多的氧化錫顆粒，從而使得接觸性能下降以致觸頭失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，可替代有毒的銀氧化鎘電接觸材料，工藝簡單，加工性能優(yōu)良，較好的解決了電接觸材料的溫升問題，使材料的綜合性能提高，克服了目前電接觸材料加工和使用的問題。
解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的方案是將粒度小于20微米的銀基體粉與金屬酸鹽粉在混粉機中混合，使錫或銅元素占總重量的6 15%，再用頻率為10 30KHz的超聲波混合均勻，壓制成素坯；素坯進(jìn)行燒結(jié)，溫度500 800'C，燒結(jié)錠坯再經(jīng)復(fù)壓復(fù)燒，復(fù)燒溫度500 800°C;復(fù)壓復(fù)燒坯送擠壓機直接擠出線桿，對線桿進(jìn)行加工，制成成品。
本方法控制工藝條件使得金屬酸鹽均勻分布在復(fù)合材料中，金屬酸鹽顆粒由于含有金屬離子而弱化了單一氧化物的化學(xué)鍵，增加了金屬與金屬原子間的金屬鍵，使得與銀基體所形成的界面結(jié)合較好，并由于金屬酸鹽通常較氧化物粒子軟而保持了良好的加工性；獲得的新型電接觸材料在高溫電弧作用下部分會分解，降低觸頭材料的使用溫度和起到一定滅弧作用，同時可形成對應(yīng)的納米級金屬氧化物保持以往電接觸材料的特性，不僅防止了銀金屬被電弧吹散，而且提高了接觸強度，較好的解決了電接觸材料的溫升問題而使材茅斗的綜合性能提高。本發(fā)明制備的電接觸復(fù)合材料工藝簡單，成本較低， 一定程度上克服了目前電接觸材料加工和使用的問題，使用范圍得到增加，使用壽命得以延長。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括
所述的銀基體粉采用銀粉、銀錫合金粉或銀銅合金粉的任一種；金屬酸鹽粉采用錫酸銀，錫酸銅，鈦酸銀，鋯酸銀，銀銅氧化合物中的一種或幾種；在混合原料中還加入了粒度小于45微米的調(diào)整元素鎢、鉬的一種或兩種。
超聲波混合原料粉末時，超聲波裝置的功率可在1 5千瓦之間調(diào)節(jié)，振蕩粉末5 60分鐘；銀錫或銀銅合金粉末系通過銀錫合金的熔煉、水霧化制粉工藝獲得。
素坯成形時，采用鋼模雙向壓制為400 800MPa，采用冷等靜壓成形為200 350MPa;素坯燒結(jié)時間4 16小時；燒結(jié)錠坯復(fù)壓壓力300 600MPa，燒結(jié)錠坯復(fù)燒時間4 12小時，復(fù)壓復(fù)燒坯擠出溫度400 650°C。
原料粉中添加的鎢為總重量的2%以下，鉬為總重量的1.5%以下；本發(fā)明所述的銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料具體原料配方為①銀粉+金屬 酸鹽粉的一種或多種+添加元素中的一種或兩種； 銀錫合金粉或銀銅合金粉+ 金屬酸鹽粉的一種或多種+添加元素中的一種或兩種。
一、 原料成分、粒度及其所占重量百分比
1、 原料
銀粉(市售，純度大于99.9%)或銀錫(銅)合金粉末(市售或自制， 純度大于99.9%)，金屬酸鹽粉(市售或濕化學(xué)法自制，純度大于99.9%， 包括錫酸銀，錫酸銅，鈦酸銀，鋯酸銀，銀銅氧化合物等)，粉末粒度小 于20微米。錫或銅元素占總重量的6 15%，余量為銀和金屬酸鹽中的其 它元素；
2、 添加的性能調(diào)整元素
①鎢(W):不超過總重量的2%，粒度小于45微米； ②鉬(Mo):不超過總重量的1%;粒度小于45微米；
二、 技術(shù)條件
① 混粉條件
將篩選好的粉末放入混粉機混合，并采用高功率超聲進(jìn)行均勻化，超聲
波裝置的功率可在1 5千瓦之間調(diào)節(jié)，頻率為10 30KHz，超聲波振蕩粉 末5 60分鐘；
② 素坯成形壓力 鋼模雙向壓制400 800MPa;
或
冷等靜壓成形200 350MPa;
③ 素坯燒結(jié)溫度500 800°C，時間4 16小時，精確控溫以防止金屬酸 鹽在復(fù)合材料制備階段發(fā)生分解；
燒結(jié)錠坯復(fù)壓壓力300 600MPa;
⑤燒結(jié)錠坯復(fù)燒溫度500 800°C，時間4 12小時，精確控溫以防止金 屬酸鹽在復(fù)合材料制備階段發(fā)生分解； 復(fù)壓復(fù)燒坯擠壓溫度400 650°C 。 本發(fā)明的有益效果是
混粉過程采用高功率超聲波分散法，使得金屬銀粉和添加物分散更加均勻， 部分增強相顆?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)和性能需求而原位生成，從而吸收掉部分不穩(wěn)定 金屬酸鹽分解釋放的氧氣；金屬酸鹽中含有金屬鍵，降低了共價鍵與銀基體所 形成的界面結(jié)合而導(dǎo)致的塑性變差，優(yōu)良的界面結(jié)合使材料的綜合性能有較大 的提高；
由于添加的金屬酸鹽的彈性模量等力學(xué)性質(zhì)較低，部分金屬酸鹽的結(jié)構(gòu)還呈層狀結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)沒有氧化錫等氧化物的硬度高，故不會使材料產(chǎn)生明顯的加工 硬化，材料的加工性能更接近于合金材料而非金屬基復(fù)合材料，材料成型與后 續(xù)加工性能良好，產(chǎn)品成材率高，可方便地制成各種形狀，解決了銀氧化物電 接觸材料后續(xù)加工難的問題；
添加的增強相是金屬酸鹽，可以在電弧作用下分解，吸收一定的熱量并降 低電接觸材料的溫度，起到一定滅弧作用，并且金屬酸鹽分解后形成金屬氧化 物(如氧化錫，氧化銅等)，還能達(dá)到以往銀金屬氧化物復(fù)合材料的效果和作用， 使得電接觸材料的電接觸壽命大大提高，擴大了該類材料的使用范圍。
金屬酸鹽的添加方式和添加含量可以方便地根據(jù)工藝要求來改變，通過添 加其含量可以調(diào)整復(fù)合材料的力學(xué)性質(zhì)和電導(dǎo)性質(zhì)，改善復(fù)合材料的整體加工 性能并使添加物的作用發(fā)揮達(dá)到最佳效果。
原料準(zhǔn)備簡單、可以方便地在原生產(chǎn)技術(shù)的條件下添加金屬酸鹽、工藝流 程容易控制、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品成本低，壽命長；且可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，生產(chǎn) 過程對環(huán)境無污染或少污染。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例一
按12%的錫酸銀(Ag2Sn03)粉(重量百分比)、87%的銀粉(重量百分比)， 1%的鎢粉(重量百分比)，將粉末置入混料機中混合；用功率為1KW，頻率為 20KHz的超聲波振蕩粉末10分鐘，使其均勻化。在鋼模中雙向壓制成形成為素 坯，素坯成形壓力為600MPa;素坯經(jīng)過75(TC、 4小時燒結(jié)成為錠坯；錠坯以 500MPa的壓力復(fù)壓，700°C、 10小時復(fù)燒，然后在500'C的溫度條件下擠壓成 線桿，最后冷拉拔成線(絲)材。 實施例二
按15%的銀銅氧化合物(Ag2Cu03和AgCu02)粉(重量百分比)、80%的 銀粉(重量百分比)，4.5%的銀錫合金粉(重量百分比)，0.5%的鉬粉(重量百 分比)，將粉末置入混料機中混合；用功率為3KW，頻率為25KHz的超聲波振 蕩粉末30分鐘，使其均勻化。在鋼模中雙向壓制成形成為素坯，素坯成形壓力 為650MPa;素坯經(jīng)過75(TC、 4小時燒結(jié)成為錠坯；錠坯以600MPa的壓力復(fù) 壓，700。C、 8小時復(fù)燒，然后在55(TC的溫度條件下擠壓成線桿，最后冷拉拔 成線(絲)材。 實施例三
按15%的錫酸銅(CuSn03)粉(重量百分比)、84%的銀粉(重量百分比)，0.5%的鎢粉(重量百分比)，0.5%的鉬粉(重量百分比)，將粉末置入混料機中 混合；用功率為1KW，頻率為20KHz的超聲波振蕩粉末25分鐘，使其均勻化。 在鋼模中雙向壓制成形成為素坯，素坯成形壓力為600MPa;素坯經(jīng)過700。C、 4 小時燒結(jié)成為錠坯；錠坯以600MPa的壓力復(fù)壓，650°C、 8小時復(fù)燒，然后在 50(TC的溫度條件下擠壓成線桿，最后冷拉拔成線(絲)材。 實施例四
按6%的錫酸銀(Ag2Sn03)粉(重量百分比)、5%的鈦酸銀(Ag2Ti03)粉 (重量百分比)、88%的銀粉(重量百分比)，1%的鎢粉(重量百分比)，將粉末 置入混料機中混合；用功率為2KW，頻率為10KHz的超聲波振蕩粉末20分鐘， 使其均勻化。在鋼模中雙向壓制成形成為素坯，素坯成形壓力為650MPa;素坯 經(jīng)過70(TC、 6小時燒結(jié)成為錠坯；錠坯以500MPa的壓力復(fù)壓，700°C、 7小時 復(fù)燒，然后在50(TC的溫度條件下擠壓成線桿，最后冷拉拔成線(絲)材。
權(quán)利要求
1、銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，其特征是將粒度小于20微米的銀基體粉與金屬酸鹽粉在混粉機中混合，使錫或銅元素占總重量的6～15％，再用頻率為10～30KHz的超聲波混合均勻，壓制成素坯；素坯進(jìn)行燒結(jié)，溫度500～800℃，燒結(jié)錠坯再經(jīng)復(fù)壓復(fù)燒，復(fù)燒溫度500～800℃；復(fù)壓復(fù)燒坯送擠壓機直接擠出線桿，對線桿進(jìn)行加工，制成成品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，其特 征是銀基體粉采用銀粉、銀錫合金粉或銀銅合金粉的任一種；金屬酸鹽粉采 用錫酸銀，錫酸銅，鈦酸銀，鋯酸銀，銀銅氧化合物中的一種或幾種；在混合 原料中還加入了粒度小于45微米的調(diào)整元素鎢、鉬的一種或兩種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，其特 征是超聲波混合原料粉末時，超聲波裝置的功率可在1 5千瓦之間調(diào)節(jié)，振 蕩粉末5 60分鐘；銀錫或銀銅合金粉末系通過銀錫合金的熔煉、水霧化制粉 工藝獲得。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，其特 征是素坯成形時，采用鋼模雙向壓制為400 800MPa，采用冷等靜壓成形為 200 350MPa;素坯燒結(jié)時間4 16小時；燒結(jié)錠坯復(fù)壓壓力300 600MPa， 燒結(jié)錠坯復(fù)燒時間4 12小時，復(fù)壓復(fù)燒坯擠出溫度400 650°C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，其特 征是原料粉中添加的鎢為總重量的2%以下，鉬為總重量的1.5%以下。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或5所述的銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方 法，其特征是具體原料配方為銀粉+金屬酸鹽粉的一種或多種+添加元素中的 一種或兩種)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或5所述的銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方 法，其特征是具體原料配方為銀錫合金粉或銀銅合金粉+金屬酸鹽粉的一種或 多種+添加元素中的一種或兩種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電接觸復(fù)合材料，特別是銀基金屬酸鹽電接觸復(fù)合材料的制備方法，屬于材冶技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法是將粒度小于20微米的銀基體粉與金屬酸鹽粉在混粉機中混合，使錫或銅元素占總重量的6～15％，再用頻率為10～30KHz的超聲波混合均勻，壓制成素坯；素坯進(jìn)行燒結(jié)，溫度500～800℃，燒結(jié)錠坯再經(jīng)復(fù)壓復(fù)燒，復(fù)燒溫度500～800℃；復(fù)壓復(fù)燒坯送擠壓機直接擠出線桿，對線桿進(jìn)行加工，制成成品。本發(fā)明的方法工藝簡單，加工性能優(yōu)良，較好的解決了電接觸材料的溫升問題，使材料的綜合性能提高，克服了目前電接觸材料加工和使用的問題。
文檔編號H01H11/04GK101656160SQ20091009495
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者杰 于, 晶 馮, 榮 周, 冰 肖, 進(jìn) 阮, 陳敬超 申請人:昆明理工大學(xué)