專利名稱：銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電接觸復合材料，特別是銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，屬于材冶技術領域。
背景技術：
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(wěn)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合材料。由于Ag及其合金優(yōu)良的導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、中負荷電器中。如各種開關、繼電器、接觸器等。公知的形成產業(yè)化和實際應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(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AgSn合金添加Bi、 Mn、 Cu等一種或多種元素進行內氧化的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材料被廣泛應用與各種電器，使用過程中出現表面銀金屬飛濺而導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)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，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；素坯進行燒結，溫度500 800'C，燒結錠坯再經復壓復燒，復燒溫度500 800°C;復壓復燒坯送擠壓機直接擠出線桿，對線桿進行加工，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;素坯燒結時間4 16小時；燒結錠坯復壓壓力300 600MPa，燒結錠坯復燒時間4 12小時，復壓復燒坯擠出溫度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行均勻化，超聲
波裝置的功率可在1 5千瓦之間調節(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 素坯燒結溫度500 800°C，時間4 16小時，精確控溫以防止金屬酸 鹽在復合材料制備階段發(fā)生分解；
燒結錠坯復壓壓力300 600MPa;
⑤燒結錠坯復燒溫度500 800°C，時間4 12小時，精確控溫以防止金 屬酸鹽在復合材料制備階段發(fā)生分解； 復壓復燒坯擠壓溫度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a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 形成的界面結合而導致的塑性變差，優(yōu)良的界面結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性質較低，部分金屬酸鹽的結構還呈層狀結構，遠沒有氧化錫等氧化物的硬度高，故不會使材料產生明顯的加工 硬化，材料的加工性能更接近于合金材料而非金屬基復合材料，材料成型與后 續(xù)加工性能良好，產品成材率高，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)，還能達到以往銀金屬氧化物復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工藝要求來改變，通過添 加其含量可以調整復合材料的力學性質和電導性質，改善復合材料的整體加工 性能并使添加物的作用發(fā)揮達到最佳效果。
原料準備簡單、可以方便地在原生產技術的條件下添加金屬酸鹽、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(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;素坯經過75(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;素坯經過75(TC、 4小時燒結成為錠坯；錠坯以600MPa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;素坯經過700。C、 4 小時燒結成為錠坯；錠坯以600MPa的壓力復壓，650°C、 8小時復燒，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 經過70(TC、 6小時燒結成為錠坯；錠坯以500MPa的壓力復壓，700°C、 7小時 復燒，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。
權利要求
1、銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，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；素坯進行燒結，溫度500～800℃，燒結錠坯再經復壓復燒，復燒溫度500～800℃；復壓復燒坯送擠壓機直接擠出線桿，對線桿進行加工，制成成品。
2、 根據權利要求1所述的銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，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微米的調整元素鎢、鉬的一種或兩種。
3、 根據權利要求2所述的銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，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、 根據權利要求2所述的銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，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;素坯燒結時間4 16小時；燒結錠坯復壓壓力300 600MPa， 燒結錠坯復燒時間4 12小時，復壓復燒坯擠出溫度400 650°C。
5、 根據權利要求2所述的銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，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、 根據權利要求3、 4或5所述的銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方 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、 根據權利要求3、 4或5所述的銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方 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合材料，特別是銀基金屬酸鹽電接觸復合材料的制備方法，屬于材冶技術領域。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；素坯進行燒結，溫度500～800℃，燒結錠坯再經復壓復燒，復燒溫度500～800℃；復壓復燒坯送擠壓機直接擠出線桿，對線桿進行加工，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)先權日2009年9月11日
發(fā)明者杰 于, 晶 馮, 榮 周, 冰 肖, 進 阮, 陳敬超 申請人:昆明理工大學