專利名稱：SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銀基電觸點(diǎn)材料及其制備方法。
銀基復(fù)合材料作為電觸點(diǎn)材料在低壓電器領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有銀基復(fù)合材料中的增強(qiáng)物有金屬氧化物、碳化物、金屬及石墨等，其形狀均為顆粒狀。由于這些增強(qiáng)物熔點(diǎn)高且化學(xué)性能穩(wěn)定，使材料抗熔焊性能較好而耐電弧侵蝕性差、接觸電阻高，難以滿足實(shí)際需要。陶瓷晶須的問世，為增強(qiáng)物提供了新的選擇，它們已在包括金屬基復(fù)合材料在內(nèi)的先進(jìn)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中得到成功的應(yīng)用，但因制備工藝等原因尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于觸點(diǎn)材料。若通過適當(dāng)方法實(shí)現(xiàn)晶須在銀基體中均勻混雜分布并與銀良好浸潤，較顆粒增強(qiáng)物無疑會(huì)大幅度提高觸點(diǎn)材料的綜合性能。事實(shí)上，國外新近發(fā)展的燒結(jié)擠壓法制備高性能觸點(diǎn)材料就是短纖維增強(qiáng)效果的例證，但這種方法是通過擠壓比大于150的深度擠壓使增強(qiáng)顆粒纖維化。還有人嘗試用鍍層加熱壓制碳纖維增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料亦取得較好效果。
本發(fā)明的目的是，提供一種碳化硅(SiC)晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料及其制備方法，由此獲得具有優(yōu)良性能的銀基電觸點(diǎn)材料，滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
本發(fā)明的技術(shù)方案之一是，所述SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料的制備方法由制備Ag包覆SiC晶須復(fù)合物工藝和將所述復(fù)合物經(jīng)壓制成型、燒結(jié)、壓力加工制成SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料的粉末冶金工藝組成，其技術(shù)特點(diǎn)是，所述制備Ag包覆SiC晶須復(fù)合物的工藝過程是(1)、選取直徑為0.1-2μm、長度30-100μm、密度3.19-3.30g/cm3。松裝密度0.05-0.15g/cm3的β-SiC晶須;
(2)、按Ag-SiCm材料中SiC晶須的重量百分比含量為3-15%之配比將SiC晶須放入適量的去離子水或蒸餾水中;
(3)、以頻率為10-40KHZ超聲波振動(dòng)10-60min;
(4)、加溫至40-80℃并攪拌和保持超聲波振動(dòng)，同時(shí)按配比滴入用氨水絡(luò)合至PH為9-11的0.1-2M銷酸銀溶液和適當(dāng)過量的水合肼或甲醛溶液，由此獲得Ag包覆SiC晶須生合物。
(5)、水洗所述生成物至中性后干燥，獲得Ag包覆SiC晶須復(fù)合物。
本發(fā)明的技術(shù)方案之二是，所述SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料以銀為基體金屬，其技術(shù)特點(diǎn)是，在所述銀基體金屬中含有呈彌散分布且其重量百分比含量為3-15%的SiC晶須。
以下結(jié)合本發(fā)明的原理對本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。
低壓電器對觸點(diǎn)材料的主要功能要求包括良好的耐電弧侵蝕性和抗熔焊性以及低接觸電阻。觸點(diǎn)材料的失效過程取決于電弧與材料的交互作用。材料對電弧作用的響應(yīng)包括材料的相變、流動(dòng)、侵蝕以及增強(qiáng)物在接觸表面的富集。電弧高溫使材料中的組元發(fā)生相變，如銀可因此由固相變?yōu)橐合嗌踔翚庀?洛倫茲力場的旋轉(zhuǎn)部份和液池中溫度梯度引起的表面張力梯度的共同作用造成液池中液態(tài)銀的流動(dòng);液態(tài)金屬的流速超過一定值時(shí)將使液池以小液滴形式形成噴濺，且開關(guān)動(dòng)作時(shí)觸點(diǎn)對之間的撞擊也使金屬液池飛濺，即造成侵蝕;侵蝕造成接觸面導(dǎo)電相銀含量的降低以及電磁力對液池流動(dòng)的攪拌作用會(huì)使液池中的增強(qiáng)物顆粒向表面運(yùn)動(dòng)而形成接觸面上增強(qiáng)物富集，進(jìn)而導(dǎo)致接觸電阻升高;這些機(jī)理已被大量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
本發(fā)明認(rèn)為，從利用金屬基復(fù)合材料中高熔點(diǎn)增強(qiáng)物骨架的毛細(xì)管作用保持熔融銀于骨架中不產(chǎn)生飛濺這一根本機(jī)制考慮，增強(qiáng)物的形貌、尺寸及其與銀溶液潤濕性決定觸點(diǎn)材料耐電弧侵蝕這一主要性能。訖今為止，銀基觸點(diǎn)材料中的增強(qiáng)物均為顆粒狀，而SiC晶須與之相比有不可多得的綜合優(yōu)勢，包括1、相變。由于SiC熔點(diǎn)高達(dá)2688℃，電弧高溫也不易使其發(fā)生相變。
2、流動(dòng)。熔融銀液池中由于有適量的SiC晶須，顯然將大大降低銀熔液的流速，使其不易以液滴形式噴濺。特別是在中、低電流強(qiáng)度等級的電器開關(guān)中，液池只在一很薄的表層上形成，某些大長徑比的晶須將呈一端在固態(tài)銀中而另一端在銀熔池中的形態(tài)，這樣進(jìn)一步降低銀熔液流速，減少其噴濺，因此使材料具有低接觸電阻和耐電弧侵蝕性能。
3、增強(qiáng)物在接觸表面富集。隨著觸點(diǎn)服役時(shí)間的延長，不可避免地造成銀損耗而導(dǎo)致SiC晶須在接觸面上富集。但由于SiC是一種半導(dǎo)體，有較好的導(dǎo)電性，亦不致于使觸點(diǎn)接觸電阻明顯升高。
4、熱穩(wěn)定性。觸點(diǎn)服役過程中不可避免地有溫升。由于SiC晶須強(qiáng)度、模量極大，熔點(diǎn)很高，將明顯提高觸點(diǎn)材料的軟化溫度，這時(shí)對保證觸點(diǎn)有良好的抗熔焊性能極為有利。
本發(fā)明所述制備方法中，超聲振動(dòng)可使SiC晶須分散均勻，在包覆銀過程中引入超聲能量可明顯提高Ag與SiC晶須間的界面結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)保證Ag-SiCm復(fù)合粉有良好的燒結(jié)性能，這是因?yàn)閺?fù)合粉顆粒之間的燒結(jié)為銀與銀之間的單相燒結(jié);用此法可充分保證SiC晶須在觸點(diǎn)材料中均勻彌散分布，亦能準(zhǔn)確控制Ag-SiCm材料中SiC的含量，且用此法制備出的Ag-SiCm燒結(jié)體的冷、熱塑性加工性能良好，可保證復(fù)壓和熱擠壓的順利進(jìn)行，從而獲得高密度的觸點(diǎn)材料。
由以上可知，本發(fā)明首次用超聲振動(dòng)、攪拌并適當(dāng)加溫，用水合肼或甲醛還原AgNO3制備高度分散、成分準(zhǔn)確、界面結(jié)合力強(qiáng)的Ag包覆SiC晶須復(fù)合物，通過后續(xù)的粉末冶金加工工藝制備彌散效果極佳的Ag-SiCm觸點(diǎn)材料;本發(fā)明有效發(fā)揮了SiC晶須的大長徑比、導(dǎo)電、極高的強(qiáng)度、彈性模量、化學(xué)穩(wěn)定性等綜合性能，使得Ag-SiCm用作電觸點(diǎn)具有低接觸電阻和優(yōu)異的耐磨性和抗熔焊性，可廣泛應(yīng)用于各種低壓電器;本發(fā)明制備的觸點(diǎn)材料塑性加工性能優(yōu)良，易擠壓、軋制成絲或板材，所有原料易得，工藝簡單、易行，成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明工藝還可應(yīng)用到其它晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料中。
實(shí)施例采用市購β-SiC晶須，性能參數(shù)有熔點(diǎn)2688℃，直徑0.1-1μm，長度30-110μm，密度3.19g/cm3，松裝密度0.1g/cm3，抗拉強(qiáng)度3000-20000MPa，彈性模量390-700GPa。配制1M濃度的AgNO3溶液，用氨水絡(luò)合，溶液PH值為10;配制1.7M的水合肼溶液，按SiC晶須在Ag-SiCm材料中的重量百分比5%稱好SiC晶須重量后將其置入有適量去離子水(或蒸餾水)的容器中，將容器置于超聲發(fā)生器上，充分振動(dòng)10分鐘，超聲頻率為22KHZ，然后邊振動(dòng)邊攪拌，再同時(shí)注入AgNO3溶液和水合肼溶液，經(jīng)超聲化學(xué)反應(yīng)制得Ag包SiC晶須復(fù)合物，水洗至中性，干燥;將干燥后復(fù)合物置于鋼模中，壓制成型，得到密度為理論密度60-70%的坯料，再將坯料置于馬弗爐中緩慢加熱，加熱速度為5℃/min，加熱至880℃，保溫2小時(shí)，然后以冷卻速度為10℃/min進(jìn)行緩慢冷卻，至400℃出爐，將燒結(jié)體復(fù)壓或熱鍛得到密度大于9.25g/cm3材料，其物理性能有電阻率2.6-2.8μΩcm，布氏硬度900N/cm2，密度9.3-9.35g/cm3。還可將所述燒結(jié)體通過鍛壓、擠壓、拉撥等壓力加工方法加工成材。
權(quán)利要求
1.一種SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料制備方法，由制備Ag包覆SiC晶須復(fù)合物工藝和將所述復(fù)合物經(jīng)壓制成型、燒結(jié)、壓力加工制成SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料的粉末冶金工藝組成，其特征是，所述制備Ag包覆SiC晶須復(fù)合物的工藝過程是(1)、選取直徑為0.1-2μm、長度30-100μm、密度3.19-3.30g/cm3、松裝密度0.05-0.15g/cm3的β-SiC晶須；(2)、按Ag-SiCm材料中SiC晶須的重量百分比含量為3-15%之配比將SiC晶須放入適量的去離子水或蒸餾水中；(3)、以頻率為10-40KHz超聲波振動(dòng)10-60min；(4)、加溫至40-80℃并攪拌和保持超聲波振動(dòng)，同時(shí)按配比滴入用氨水絡(luò)合至PH為9-11的0.1-2M銷酸銀溶液和適當(dāng)過量的水合肼或甲醛，由此獲得Ag包覆SiC晶須生合物。(5)、水洗所述生成物至中性后干燥，獲得Ag包覆SiC晶須復(fù)合物。
2.一種SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料，以銀為基體金屬，其特征是，在所述銀基體金屬中含有呈彌散分布且重量百分比含量為3-15%的SiC晶須。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SiC晶須增強(qiáng)銀基觸點(diǎn)材料及制備方法，所述材料為銀基中含有3—15％(重量百分比)的彌散SiC晶須。所述制備方法的技術(shù)特征是Ag包SiC晶須復(fù)合物的制備工藝，其過程包括將一定長徑比的β-SiC晶須置入去離子水中用超聲振動(dòng)10分鐘以上，加溫至40℃以上并攪拌和超聲振動(dòng)，按配比滴入氨水絡(luò)合至pH為10左右的0.1—2N硝酸銀溶液和相應(yīng)水合肼溶液而獲得Ag包SiC晶須復(fù)合物，水洗至中性后干燥。
文檔編號C22C5/06GK1111030SQ9411094
公開日1995年11月1日 申請日期1994年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月25日
發(fā)明者堵永國, 白書欣, 張家春 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)