一種改性AgSnO₂電接觸材料的制備方法

專利名稱：一種改性AgSnO₂電接觸材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電接觸材料的制備方法，特別是一種碳酸鹽改性AgSn02 電接觸材料的制備方法，屬于材冶技術領域。
背景技術：
電接觸材料是影響開關電器觸頭系統工作可靠性的關鍵因素。而電觸頭是 電器設備的關鍵元件之一，其功能是接通和切斷電流。它既是載流體，又是機 械零部件，必須具有良好的導電導熱性及耐電弧燒損、抗熔焊、小的電磨損、 低而穩定的接觸電阻、不與使用介質起化學變化、有一定的強度和易于機械加 工等通性。
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、接觸電阻低而穩定，具有良好的使用性能，應用的電流從幾十安到 幾千安，廣泛應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。但由于金屬鎘蒸汽有毒， 污染環境，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 得了很大的進步，其中最有發展前途的是AgSn02材料。AgSnCb觸頭作為一種 新型的銀金屬氧化物觸頭材料，在國際上已部分商業化，該材料除了具有一般 金屬氧化物的特點外，還具有較高的熱穩定性(1925°C)、良好的電學性能、
較高的抗熔焊性能及耐電弧性能，特別適用于大功率的接觸器及低壓開關中， 成為取代Ag-CdO電接點材料的理想候選者。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AgSn合金添加Bi、 Mn、 Cu等-種或多種元素進行內氧化的AgSn02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AgSn02電接觸材料的研制和產品開發工作。
公知的電接觸材料專利技術和文獻主要是改變銀基材料中的增強相，例如 堵永國(中國發明專利，申請號99115496.7)等人采用化學沉淀或超聲化學包 覆法制備銀與稀土氧化物復合粉末，經壓制成形、燒結、鍛壓或擠壓，綜合性 能超過AgCdO材料；F.huanner等人研究了 Ag-Fe203材料在低壓開關中的性能， 加入Zr02的Ag-Fe203材料在120—1000A的開斷電流范圍內，其性能優于可替 代AgCdO材料(F.Hauner， et al., Ag-Fe and Ag-Fe203 contact materials for lowvotage switchgear[M], Proc. 19 ICEC，[Nuremberg, Germany], 317 — 323， SepU998); J.Wang等在AgSn02中加入La203、 Bi203，研究結果表明材料的通 斷性、平均溫升與AgCdO (12)材料相同，而平均電弧侵蝕量低于AgCdO (12) 材料(丄Wang, et al.， Study on a new contact material'Ag-Sn02-La203—Bi203 [M], Proc.46th IEEE Holm Conf. on Electrical Contacts, 94-97， Sept. 2001.)。在這些文 獻報道中，對氧化物增強相以外的其它相的添加較少。
公知的國內研制AgSn02電接觸材料的有桂林電科所，昆明貴金屬研究所、 天津電工合金廠、上海合金材料總廠，天津大學，西安交通大學等。但一些問 題依然存在，如材料塑性差，難于加工；銀氧化錫材料溫升高，氧化錫不能分 解導致滅弧作用比銀氧化鎘差；氧化錫與銀的潤濕性差異出現分層現象等。本 發明人申請的專利"合成法制備銀-二氧化錫"(申請號99104491.6)和"銀稀土 氧化物電接觸材料制備技術"(申請號02113216.X)提出了一種通過反應合成 技術制備銀金屬氧化物(氧化錫、稀土氧化物)電接觸材料的方法，在一定程 度上提高了銀氧化錫的使用性能，但在材料溫升過高方面還有待改進。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種改性AgSn02電接觸材料的制備方 法，可替代有毒的銀氧化鎘電接觸材料，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，且制備的電接觸復合材料成本較低，使用范圍較大， 使用壽命較長。
解決本發明的技術問題所采用的方案是在銀錫基體粉中加入占總重量 0.1 2.0%的碳酸鹽粉，在氬氣保護氣氛下混合磨細到300目，壓制成素坯；控 制素坯燒結溫度500'C 80(TC，時間4 10小時；對燒結錠坯復壓，在50(TC 80(TC下復燒，時間5 10小時；最后對復壓復燒坯在400。C 60(TC下擠壓成型。 在所述的電接觸材料的銀錫基體粉中，錫元素占總重量的4 15%，碳酸鹽 占總重量的0.1 2.0%，余量為銀。
在所述的銀錫基體粉研磨時還添加有調整元素鎢、鉬、銅中的一種或兩種 粉末，且鴇占基體粉總重量的0.5%以下，鉬占基體粉總重量的0.3%以下，銅占 基體粉總重量的0.3%以下，粉末粒度小于45微米。
所述的碳酸鹽粉采用碳酸鈉，碳酸鉀或碳酸鈣中的一種或兩種，粒度為1 微米 100微米。
所述的電接觸材料的混合粉是在行星式球磨機中進行研磨，磨球和磨罐采用 剛玉或瑪瑙材料制備，轉速800rad/min 1500rad/min，球磨時間4 小時20小時。
所述的素坯成形壓力采用鋼模雙向壓制時為400MPa 800MPa，采用冷等 靜壓成形時為200 MPa 300MPa。本發明所述的電接觸材料的具體原料為a)銀粉+氧化錫粉+碳酸鈉、碳酸
鈣和碳酸鉀中的一種或兩種+鎢、鉬、銅中的一種或兩種；(2)銀粉+錫粉+銀氧化 物粉+碳酸鈉、碳酸鈣和碳酸鉀中的一種或兩種+鎢、鉬、銅中的一種或兩種； (3)銀錫合金粉+銀氧化物粉+碳酸鈉、碳酸鈣和碳酸鉀中的一種或兩種+豐鎢、鉬、 銅中的一種或兩種。
本發明的有益效果是
在研磨時，機械合金化使得氧化物，碳酸鹽在材料中分布均勻，氧化錫顆 粒增強相可以根據生產和性能需求而原位生成，與銀基體所形成的界面結合牢 固，材料的綜合性能有較大的提高；
適當的工藝可使氧化錫顆粒原位生成，添加物的彌散化分布通過加工變形 來完成，添加物的含量可根據實際需求方便地進行改變，碳酸鹽的添加不會增 加銀氧化錫電接觸材料后續加工難的問題，即合理的碳酸鹽的低用量不會引起 復合材料的強度和塑性性質較大改變。
碳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，并且碳酸鹽分解后形成氧化物會和空氣中的二氧化碳發生 反應形成新的碳酸鹽，可繼續在開閉電路中保持相應的滅弧效果，得到循環使 用而發揮其效果，改性后的銀氧化錫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。
原料準備簡單、可以方便地在原生產技術的條件下添加碳酸鹽、工藝流程 容易控制、生產周期短、產品成本低，壽命長，且可實現大批量生產，生產過 程對環境無污染或少污染。


圖l是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例一
按10%的氧化錫粉(重量百分比)、89.5%的銀粉(重量百分比)，0.4%的 碳酸鈉粉(重量百分比)，0.1%的銅粉(重量百分比)，將粉末置入剛玉材料的 球磨罐中，抽真空，充入氬氣，在氬氣保護氣氛下進行機械合金化。行星式高 能球磨機轉速800rad/min，在行星式球磨機中經過6小時混合后，在鋼模中雙向 壓制成形成為素坯，素坯成形壓力為650MPa;素坯經過80(TC、 4小時燒結成 為錠坯；錠坯以500MPa的壓力復壓，700°C、 10小時復燒，然后在600'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7%的錫粉(重量百分比)、74%的銀粉(重量百分比)，18.5%的氧化銀
5為原料，0.4%的碳酸鉀粉(重量百分比)，并加入0.1%的鎢粉(重量百分比)， 將粉末置入剛玉材料的球磨罐中，抽真空，充入氬氣，在氬氣保護氣氛下進行 機械合金化。行星式高能球磨機轉速600rad/min,在行星式球磨機中經過10小 時混合后，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 過80(TC、 4小時燒結成為錠坯；錠坯以500MPa的壓力復壓，700°C、 8小時復 燒，然后在600。C的溫度條件下擠壓成線桿，最后冷拉拔成線(絲)材。 實施例三按銀錫合金粉末52% (其中錫的重量百分比含量為銀錫合金粉末的24%)， 氧化銀粉末46.88%， 1.0%的碳酸鉀粉(重量百分比)，并加入0.08%W (鎢)、 0.04%Mo (鉬)(重量百分比)，將粉末置入剛玉材料的球磨罐中，抽真空，充 入氬氣，在氬氣保護氣氛下進行機械合金化。行星式高能球磨機轉速500rad/min， 在行星式球磨機中經過9小時混合后，在鋼模中雙向壓制成形成為素坯，素坯 成形壓力為500MPa;并用冷等靜壓進一步成形成為素坯，素坯成形壓力 300MPa;素坯經過760。C、 7小時燒結成為錠坯，錠坯以500MPa復壓，800°C、 3小時復燒，55(TC擠壓成線桿，最后冷拉拔成線(絲)材。實施例四按12%的氧化錫粉(重量百分比)、87.15%的銀粉(重量百分比)，0.8%的 碳酸鈉和碳酸鈣粉(重量百分比)，0.05%的鉬粉(重量百分比)，將粉末置入剛 玉材料的球磨罐中，抽真空，充入氬氣，在氬氣保護氣氛下進行機械合金化。 行星式高能球磨機轉速800rad/min，在行星式球磨機中經過8小時混合后，在鋼 模中雙向壓制成形成為素坯，素坯成形壓力為650MPa;并用冷等靜壓進一步成 形成為素坯，素坯成形壓力300MPa;素坯經過80(TC、 7小時燒結成為錠坯； 錠坯以500MPa的壓力復壓，700°C、 8小時復燒，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。 實施例五按銀錫合金粉末52% (其中錫的重量百分比含量為銀錫合金粉末的 24%)，氧化銀粉末47.25%， 0.6%的碳酸鉀和碳酸鈣粉(重量百分比)，并加入 0.1%Cu (銅)、0.05%Mo (鉬)(重量百分比)，將粉末置入剛玉材料的球磨罐中， 抽真空，充入氬氣，在氬氣保護氣氛下進行機械合金化。行星式高能球磨機轉 速600rad/min，在行星式球磨機中經過9小時混合后，在鋼模中雙向壓制成形成 為素坯，素坯成形壓力為500MPa;并用冷等靜壓進一步成形成為素坯，素坯成 形壓力300MPa;素坯經過80(TC、 9小時燒結成為錠坯，錠坯以550MPa復壓， 780°C、 3小時復燒，550。C擠壓成線桿，最后冷拉拔成線(絲)材。
權利要求
1、一種改性AgSnO2電接觸材料的制備方法，其特征是在銀錫基體粉中加入占總重量0.1～2.0％的碳酸鹽粉，在氬氣保護氣氛下混合磨細到300目，壓制成素坯；控制素坯燒結溫度500℃～800℃，時間4～10小時；對燒結錠坯復壓，在500℃～800℃下復燒，時間5～10小時；最后對復壓復燒坯在400℃～600℃下擠壓成型。
2、 根據權利要求l所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法，其特征是 在所述的電接觸材料的銀錫基體粉中，錫元素占總重量的4 15%，碳酸鹽占總 重量的0.1 2.0%，余量為銀。
3、 根據權利要求2所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法，其特征是 在所述的銀錫基體粉研磨時還添加有調整元素鎢、鉬、銅中的一種或兩種粉末， 且鎢占基體粉總重量的0.5%以下，鉬占基體粉總重量的0.3%以下，銅占基體粉 總重量的0.3%以下，粉末粒度小于45微米。
4、 根據權利要求2所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法，其特征是 所述的碳酸鹽粉采用碳酸鈉，碳酸鉀或碳酸鈣中的一種或兩種，粒度為1微米 100微米。
5、 根據權利要求2所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法，其特征是電接觸材料的混合粉在行星式球磨機中進行研磨，磨球和磨罐采用剛玉或瑪瑙 材料制備，轉速800 rad/min 1500rad/min，球磨時間4 小時20小時。
6、 根據權利要求2所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法，其特征是 素坯成形壓力采用鋼模雙向壓制時為400MPa 800MPa，采用冷等靜壓成形時 為200 MPa 300MPa。
7、 根據權利要求3、 4、 5和6所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法, 其特征是電接觸材料的具體原料為，銀粉+氧化錫粉+碳酸鈉、碳酸鈣和碳酸 鉀中的一種或兩種+鎢、鉬、銅中的一種或兩種。
8、 根據權利要求3、 4、 5和6所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法, 其特征是電接觸材料的具體原料為，銀粉+錫粉+銀氧化物粉+碳酸鈉、碳酸鈣 和碳酸鉀中的一種或兩種+鎢、鉬、銅中的一種或兩種。
9、 根據權利要求3、 4、 5和6所述的改性AgSn02電接觸材料的制備方法, 其特征是電接觸材料的具體原料為，銀錫合金粉+銀氧化物粉+碳酸鈉、碳酸 轉和碳酸鉀中的一種或兩種++鎢、鉬、銅中的一種或兩種。
全文摘要
本發明涉及一種電接觸材料的制備方法，特別是一種碳酸鹽改性AgSnO₂電接觸材料的制備方法，屬于材冶技術領域。本發明的方法是在銀錫基體粉中加入占總重量0.1～2.0％的碳酸鹽粉，在氬氣保護氣氛下混合磨細到300目，壓制成素坯；控制素坯燒結溫度500℃～800℃，時間4～10小時；對燒結錠坯復壓，在500℃～800℃下復燒，時間5～10小時；最后對復壓復燒坯在400℃～600℃下擠壓成型。本發明可代替有毒的銀氧化鎘電接觸材料，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，且制備的電接觸復合材料成本較低，使用范圍較大，使用壽命較長。
文檔編號H01H11/04GK101651054SQ20091009495
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者杰 于, 晶 馮, 榮 周, 冰 肖, 進 阮, 陳敬超 申請人:昆明理工大學