MeO掺杂Ag/SnO2电接触材料的制备及性能研究

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银基电接触材料是电气化设备、电器电路中通断控制及负载电流的核心部件,其性能的好坏直接影响着电器的可靠性、稳定性和使用寿命。传统Ag/Cd O电接触材料因其具有优良的抗熔焊性、抗电弧侵蚀性以及高的导电性等特性,使其有了“万能触点”之称。但其在服役过程中会产生有毒的Cd蒸汽,造成环境污染、危害人体健康,因此开发环保型电接触材料具有重要的应用前景,其中Ag/SnO2是代替Ag/Cd O的最佳选择。但目前Ag/SnO2电接触材料的塑性加工性差(延伸率低)、导电性差以及温升高等问题仍未得到很好的解决。针对上述问题,本文从制备工艺、材料成分组成角度出发,利用粉末冶金技术、机械合金化结合热挤压技术、电寿命测试技术主要研究了冷压工艺、热压工艺、掺杂改性组元、工作电流等因素对Ag/SnO2电接触材料的物理、电学、力学及电寿命性能的影响,并对其界面扩散机制、断裂机理及电侵蚀失效模式进行探究。主要研究内容及结论如下:(一)采用粉末冶金技术探究了冷压-热压复合工艺对Ag/SnO2电接触材料的微观结构及电学性能影响。于冷压压力900MPa、烧结温度900℃,热压压力800MPa、热压温度300℃的最优工艺条件下,Ag/SnO2的电阻率达到最佳值2.43μΩ·cm,硬度87.5HV。相比于冷压(CP)、热压(HP)及冷压-冷压(CP-CP)工艺,采用冷压-热压(CP-HP)工艺制备的Ag/SnO2(CP-HP)电接触材料在致密度上分别高出了12.42%、7.59%、7.02%。微观结构分析可知,Ag/SnO2(CP-HP)与Ag/SnO2(HP)材料Ag与SnO2界面结合处存在互扩散现象,并形成了“浅灰色”扩散层,由断口分析可知,Ag/SnO2(CP-HP)电接触材料断口韧窝最多。(二)利用机械合金化结合热挤压工艺探究了掺杂金属氧化物(Cu O、Fe2O3)对Ag/SnO2(x)-MeO(y)电接触材料塑性加工及断裂类型的影响。相比Fe2O3,Cu O更有利于降低Ag/SnO2材料的电阻率,而掺杂组合型掺杂剂Cu O+Fe2O3的Ag/SnO2-Cu O+Fe2O3的电阻率达到最低值2.16μΩ·cm,断后延伸率高达16.3%(远超国标要求的12%),比纯Ag/SnO2高出3.5倍,抗拉强度为251.2MPa。同时添加掺杂剂后,Ag/SnO2(x)-MeO(y)断后截面韧窝显著增多,断裂类型为韧性断裂。(三)采用电寿命测试技术探究了电气参数对Ag/SnO2(x)-MeO(y)的温升特性及电寿命性能的影响。相比于Ag/SnO2,经掺杂后的Ag/SnO2(x)-MeO(y)材料的温升数值大幅下降,温升分别降低了7℃(Cu O)、5.3℃(Fe2O3)、9.7℃(Cu O+Fe2O3)。对比纯Ag/SnO2和Ag/SnO2(x)-MeO(y),工作电流的变化对其平均燃弧时间、平均燃弧能量变化趋势一致。与纯Ag/SnO2相比,经掺杂后的Ag/SnO2(x)-MeO(y)同样存在相类似的空洞、裂纹等电侵蚀形貌特征。
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