一種含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，包括以下步驟：1)按照需要制備的銀氧化錫電觸頭的材料配比計算所需的氧化錫粉、銀粉和含添加元素的鹽類化合物的用量，稱取備用；2)取含添加元素的鹽類化合物配制成水溶液或乙醇溶液，加入氧化錫粉或銀粉，進行混料處理，得到含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末漿料；3)所得漿料干燥，粉碎，得到含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末；4)所得合金粉末與銀粉或氧化錫粉混合均勻，經等靜壓成型、燒結、擠壓工序，即得。該方法將添加劑以特殊的方式加入到基體中，改善了常規混粉工藝造成的添加劑偏析等現象，提高了材料的致密化程度、加工性能、成材率及電性能。
【專利說明】一種含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬基復合材料領域，具體涉及一種含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法。
【背景技術】 [0002]從環保和人類健康角度出發，萬能的銀氧化鎘(AgCdO)觸頭材料逐漸從市場中被淘汰。銀氧化錫(AgSnO2)是近年發展較快的一種新型無毒電觸頭材料，AgSnO2觸頭材料表現出優良的耐磨性、抗熔焊和耐電弧侵蝕，而且材料的遷移少，表面均勻，同時AgSnO2觸頭材料電性能又接近AgCdO。但是AgSnO2觸頭材料的接觸電阻比較大、溫升高，嚴重影響電氣使用性能，限制其材料的應用。
[0003]已有的研究發現表明，加入添加劑的AgSnO2電觸頭材料具有良好的抗熔焊性。目前添加劑的種類主要有冊3、8“03、(:110、111203、2110、1?氧化物、6602等物質，添加劑主要加入方式有二種工藝:混粉法、內氧化法、化學法。其中混粉法是把Ag粉、SnO2以及添加劑粉體粉充分混合，然后材料擠壓或模壓成AgSnO2觸頭材料，其中添加劑以粉末互混方式加入，這種方法由于制備方法簡單、加工周期短等特點，被生產廠家所普遍采用，但制備出來的產品電氣使用性不高，容易出現添加劑偏析等問題，只能適用于一些要求不高的低端電器；內氧化法又可以分為粉末預氧化法和常規內氧化法，其中粉末預氧化法主要是指將含添加劑的AgSn合金粉體通過粉體氧化制備成含添加劑的AgSnO2材料，最后通過擠壓或者模壓方式制備成高密度的AgSnO2觸頭材料，但這種工藝在氧化時容易團聚，添加劑不能均勻分布在基體中，且銀與氧化錫的潤濕性不好；內氧化法是指Ag、Sn、添加劑熔化后制備成合金絲材或者板材，然后通過內氧化工藝制備成含添加劑AgSnO2觸頭材料，但這種工藝容易出現“貧氧化物區”，嚴重影響其電壽命；化學共沉積主要是指通過共沉積工藝制備AgSnO2觸頭材料，最具代表性的就是向含氧化錫粉的硝酸銀溶液添加沉淀劑，此種方法制備出組織較均勻，電性能較高的AgSnO2材料，但通過化學法對粉末進行加工處理，會對環境造成嚴重的污染，而且還存在工藝繁瑣、生產成本高、加工周期長等缺點。如何在環保、不明顯增加成本的前提下，制備電氣性能與加工性能優良的AgSnO2材料，成為目前研究的難點與熱點。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法。該方法將氧化錫粉或銀粉加入到含添加元素的鹽類化合物用水或乙醇溶解配成的水溶液或乙醇溶液中，經濕混、干燥、燒結以得到在氧化錫粉或銀粉表面包覆一層金屬氧化物，改善了傳統混粉工藝導致添加劑偏析的現象，使添加劑不再是簡單的機械混合，而是通過包覆很好地與基體融為一體，使所得的銀氧化錫材料具有更優秀的性能。
[0005]本發明所述的含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)按照需要制備的銀氧化錫電觸頭的材料配比計算所需的氧化錫粉、銀粉和含添加元素的鹽類化合物的用量，稱取備用；其中，所述的含添加元素的鹽類化合物為鑰酸銨、偏鎢酸銨、硝酸鋅、硝酸銅、硝酸銦、硝酸鍺以及鑭系稀土硝酸鹽中的一種或兩種以上的組合；
[0007]2)取含添加元素的鹽類化合物用水或無水乙醇溶解配成水溶液或乙醇溶液，加入氧化錫粉或銀粉，進行混料處理，得到含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末漿料；
[0008]3)將含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末漿料干燥，粉碎，得到含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末；
[0009]4)將所得合金粉末與銀粉或氧化錫粉混合均勻，經等靜壓成型、燒結、擠壓工序，即得到銀氧化錫電觸頭材料。
[0010]上述制備方法中，
[0011]步驟I)中，所述的需要制備的銀氧化錫電觸頭材料中，氧化錫含量為8~20wt%，添加劑以含添加元素的氧化物計其總含量為0.5~5wt%，余量為銀。所述的含添加元素的鹽類化合物會在后序的燒結工序中分別分解為含添加元素的氧化物，具體的:鑰酸銨分解為氧化鑰、偏鎢酸銨分解為氧化鎢、硝酸鋅分解為氧化鋅、硝酸銅分解為氧化銅、硝酸銦分解為氧化銦、硝酸鍺分解為氧化鍺，而鑭系稀土硝酸鹽則分別被分解為鑭系稀土金屬氧化物如氧化鉺、氧化鑭、氧化鈰等。上述鑭系稀土硝酸鹽優選用無水乙醇溶解配成乙醇溶液，除鑭系稀土硝酸鹽之外的其它含添加元素的鹽類化合物通常用水溶解配成水溶液。在最后所得的銀氧化錫電觸頭材料中，應控制上述各種含添加元素的氧化物或它們中任意兩種以上的組合的總量占銀氧化錫電觸頭材料的0.5~5wt%。
[0012]步驟I)中，所用到的銀粉與氧化錫粉的粒度與現有技術相同，優選地，銀粉選用-200目以下的粉末；氧化錫粉選用0.5~20 μ m粒度范圍內的粉末。
[0013]步驟I)中，可以用仲鎢酸銨代替偏鎢酸銨。
[0014]步驟2)中，將含添加元素的鹽類`化合物加水或乙醇配成水溶液或乙醇溶液時，水或乙醇的用量沒有太大的講究，通常水或乙醇的用量能將含添加元素的鹽類化合物溶解即可。優選是在配成水溶液或乙醇溶液后，再加入氧化錫粉或銀粉時，使得氧化錫粉或銀粉在水溶液或乙醇溶液中占的比例為5~40wt%，較為優選的是5~30wt%，更優選為5~20wt%。該步驟中，在水溶液或乙醇溶液中加入氧化錫粉或銀粉后，通常采用低速攪拌機進行混料處理，混料的時間為0.25~2h，轉數為20~40r/min。
[0015]步驟3)中，所述的干燥通常在80~200°C條件下進行，直至將含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末漿料烘干即可，通常需要5~IOh的時間。通常是將干燥后的物料粉碎后，至少過100目篩，取篩下物進入下一道工序。
[0016]步驟4)中，采用機械混粉的方式實現所得合金粉末與銀粉或氧化錫粉的均勻混合，優選采用三維混料器或V型混料器進行機械混粉。該步驟中所述的等靜壓成型、燒結、熱擠壓操作與現有常規工藝相同，具體地，等靜壓成形壓力通常為100~300Mpa ;燒結的溫度通常為730~950°C，燒結的時間為5~IOh h ;熱擠壓的溫度通常為800~900°C，擠壓比為200~250。該步驟中，在擠壓得到AgSnO2線材或帶材之后，將線材按常規拉拔工藝進行拉拔、退火加工至所需尺寸即可用鉚釘機加工成含添加劑的銀氧化錫整體或復合鉚釘觸頭；將所得帶材軋制到需要的尺寸后，沖壓成型得到相應規格的銀氧化錫片狀觸頭材料；或與銅帶材熱軋復合、退火并軋制到所需尺寸后即可沖壓成型得覆銅的銀氧化錫片狀觸頭。[0017]與現有技術相比，本發明的特點在于:
[0018]1、該方法將添加劑以特殊的方式加入到基體中，即將SnO2粉或Ag粉加入到含添加元素的鹽類化合物用水或乙醇溶解配成的水溶液或乙醇溶液中，經濕混、干燥、燒結以得到在SnO2粉或Ag粉表面均勻分布金屬氧化物(即由含添加元素的鹽類化合物在燒結過程中分解得到的添加元素的氧化物)的銀氧化錫材料，由于金屬氧化物均勻地附著在SnO2粉或Ag粉表面，使得添加劑更加均勻分布在基體中，改善了常規混粉工藝造成的添加劑偏析等現象；同時還改善了 Ag粉與SnO2粉之間的結合強度，并改善了 SnO2粉末的潤濕性，從而提高材料的致密化程度、加工性能、成材率及電性能。
[0019]2、該方法工藝簡單，成本低，加工周期短，不構成環境污染，適合大批量生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例3所制得的銀氧化錫電觸頭材料的電鏡掃描圖；其中I表示區域I ;2表示區域2 ；3表示區域3 ；
[0021]圖2為本發明實施例4所制得的銀氧化錫電觸頭材料的電鏡掃描圖；其中I表示區域I ;2表示區域2 ；3表示區域3。
【具體實施方式】
[0022]下面以具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不局限于這些實施例。
[0023]實施例1
[0024]1)按照制備IOkg的Ag-8Sn02_5Mo203材料配比計算各原料用量，稱取氧化錫粉
0.8kg、鑰酸銨0.681kg、銀粉8.7kg，備用；
[0025]2)取鑰酸銨用2L水溶解，配成鑰酸銨水溶液，將氧化錫粉浸入鑰酸銨水溶液中，將水溶液用低速攪拌機(時間為1.5h，轉數為30r/min)，得到鑰酸銨均勻分布的氧化錫粉漿料；
[0026]3)將鑰酸銨均勻分布的氧化錫粉漿料在200°C下干燥5h，通過破碎機進行破碎，破碎粉末進行篩分(過100目篩)后，即得到鑰酸銨均勻分布的氧化錫粉；
[0027]4)將鑰酸銨均勻分布的氧化錫粉與銀粉用V型混料器進行混粉，控制轉速30r/min，混粉時間為3h，得到鑰酸銨均勻分布的混合粉料；
[0028]5)將所得混合粉料在等靜壓壓強為IOOMPa下壓制成坯體；
[0029]6)所得坯體在空氣氣氛下于940°C燒結6h (在此過程中鑰酸銨分解成氧化鑰)，即制得含氧化鑰添加劑的銀氧化錫燒結坯；
[0030]7)將步驟6)所得的坯體在擠壓機上進行熱擠壓成線材，熱擠壓溫度為850°C，擠壓比為200 ;線材再按常規拉拔工藝進行拉拔加工至所需尺寸。
[0031]實施例2
[0032]1)按照制備IOkg的Ag-20Sn02_lIn2O3-0.5W03材料配比計算各原料用量，稱取氧化錫粉2kg、硝酸 銦0.217kg、偏鎢酸銨0.052kg、銀粉7.85kg，備用；
[0033]2)取硝酸銦和偏鎢酸銨用IL水溶解，配成硝酸銦和偏鎢酸的水溶液，將銀粉浸入硝酸銦和偏鎢酸的水溶液中，將水溶液用低速攪拌機進行混料處理(時間為2h，轉數為30r/min)，得到硝酸銦和偏鎢酸銨均勻分布的銀粉漿料；[0034]3)將硝酸銦和偏鎢酸銨均勻分布的銀粉漿料在100°C下干燥10h，通過破碎機進行破碎，對破碎粉末進行篩分(過100目篩)后，即得到硝酸銦、偏鎢酸銨均勻分布的銀粉；
[0035]4)將硝酸銦、偏鎢酸銨均勻分布的銀粉與氧化錫粉用V型混料器進行混粉，控制轉速30r/min，混粉時間為3h，得到硝酸銦、偏鎢酸銨均勻分布的混合粉料；
[0036]5)將混合粉料在等靜壓壓強為200MPa下壓制成坯體；
[0037]6)所得坯體在空氣中于930°C燒結8h(在此過程中硝酸銦、偏鎢酸銨分解成氧化銦、氧化鎢)，即制得含氧化銦和氧化鎢添加劑的銀氧化錫燒結坯；
[0038]7)將步驟6)所得的坯體在擠壓機上進行熱擠壓成線材，熱擠壓溫度為880°C，擠壓比為200 ;線材再按常規拉拔工藝進行拉拔加工至所需尺寸。
[0039]實施例3
[0040]I)按照制備 IOkg 的 Ag-12Sn02-l.5Cu0-lLa203_0.5Ce02_0.5Er203 材料，配比計算各原料用量，稱取氧化錫粉1.2kg、硝酸銅0.454kg、硝酸鑭0.266kg、硝酸鈰0.126kg、硝酸鉺 0.116kg、銀粉 8.4 5kg，備用；
[0041]2)取硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺用IL水溶解，配成硝酸銅和硝酸鈰的水溶液，將氧化錫粉浸入硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺的水溶液中，將水溶液用低速攪拌機進行混料處理(時間為0.25h，轉數為20r/min)，得到含硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺均勻分布的氧化錫粉漿料；
[0042]3)將硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺均勻分布的氧化錫粉漿料在150°C下干燥5h，通過破碎機進行破碎，對破碎粉末進行篩分(過100目篩)后，即得到硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺均勻分布的氧化錫粉；
[0043]4)將硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺均勻分布的氧化錫粉與銀粉用V型混料器進行混粉，控制轉速25r/min，混粉時間為4h，得到硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺均勻分布的混合粉料；
[0044]5)將混合粉料在等靜壓壓強為150MPa下壓制成坯體；
[0045]6)所得坯體在空氣中于940°C燒結6h (在此過程中硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺分別分解成氧化銅、氧化鑭氧化鈰和氧化鉺)，即制得含氧化銅、氧化鑭、氧化鈰和氧化鉺添加劑的銀氧化錫燒結坯；
[0046]7)將步驟6)所得的坯體在擠壓機上進行熱擠壓成線材，熱擠壓溫度為850°C，擠壓比為250 ;線材再按常規拉拔工藝進行拉拔加工至所需尺寸。
[0047]為驗證添加的硝酸銅、硝酸鑭、硝酸鈰和硝酸鉺的分布均勻性，對Ag-12Sn02_l.5CUO-1La2O3-0.5Ce02-0.5Er203絲材進行區域掃描電鏡能譜分析，具體如圖1所示，通過對圖1中區域1、區域2和區域3三個區域的元素成份分析，結果如下述表1所示。
[0048]表1三個區域的掃描電鏡能譜分析(重量百分比)
[0049]
【權利要求】
1.一種含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，包括以下步驟: 1)按照需要制備的銀氧化錫電觸頭的材料配比計算所需的氧化錫粉、銀粉和含添加元素的鹽類化合物的用量，稱取備用；其中，所述的含添加元素的鹽類化合物為鑰酸銨、偏鎢酸銨、硝酸鋅、硝酸銅、硝酸銦、硝酸鍺以及鑭系稀土硝酸鹽中的一種或兩種以上的組合； 2)取含添加元素的鹽類化合物用水或無水乙醇溶解配成水溶液或乙醇溶液，加入氧化錫粉或銀粉，進行混料處理，得到含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末漿料； 3)將含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末漿料干燥，粉碎，得到含添加元素鹽類化合物均勻分布的合金粉末； 4)將所得復合粉末與銀粉或氧化錫粉混合均勻，經等靜壓成型、燒結、擠壓工序，即得到銀氧化錫電觸頭材料。
2.根據權利要求1所述的含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，氧化錫粉或銀粉在水溶液或乙醇溶液中占的比例為5~40wt%。
3.根據權利要求2所述的含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述氧化錫粉或銀粉在水溶液或乙醇溶液中占的比例為5~30wt%。
4.根據權利要求3所述的含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述氧化錫粉或銀粉在水溶液或乙醇溶液中占的比例為5~20wt%。
5.根據權利要求1所述的含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，其特征在于:用仲鎢酸銨代替偏鎢酸銨。
6.根據權利要求1所述的含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，其特征在于:步驟4)中，在燒結過程中，含添加元素的鹽類化合物發生熱分解生成相應氧化物，最終得到含添加元素的氧化物添加劑的銀氧化錫`電觸頭材料。
7.根據權利要求1~6中任一項所述的含添加劑銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，其特征在于:步驟I)中，需要制備的銀氧化錫電觸頭材料中，氧化錫含量為8~20wt%，添加劑以含添加元素的氧化物計其總含量為0.5~5wt%，余量為銀。
【文檔編號】H01H1/0237GK103695696SQ201310744577
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】王振宇, 黃錫文, 葉凡, 張天錦, 李耀林, 蒙建洲 申請人:桂林電器科學研究院有限公司