專利名稱：摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電接觸材料的制備方法，具體地說(shuō)，涉及的是一種摻雜銀氧
化鋅電接觸材料的制備方法，此合金材料制備的銀觸點(diǎn)包括應(yīng)用于各種繼電器、接觸器開(kāi) 關(guān)使用的電觸點(diǎn)及雙金屬?gòu)?fù)合鉚釘電觸點(diǎn)、片材等。
背景技術(shù)：
隨著電器產(chǎn)品向大容量、小體積的方向發(fā)展，對(duì)電觸點(diǎn)材料的要求日益增 高-一要求材料在極大電弧熱和焦耳熱的條件下不發(fā)生熔焊、機(jī)械及耐電磨損性能要好； 在分?jǐn)噙^(guò)程中產(chǎn)生的金屬飛濺少，燃弧時(shí)間短；在直流環(huán)境下，抗熔焊性好，材料轉(zhuǎn)移少，接 觸電阻低而穩(wěn)定。 目前廣為使用的銀、氧化鎘電觸點(diǎn)材料雖然有極好的性能和較低的材料成本，尤 其是高氧化鎘含量更是如此，制作工藝也很穩(wěn)定成熟，如中國(guó)專利95111070所述，但由于 金屬鎘和鎘鹽對(duì)人體和環(huán)境有害，將來(lái)的趨勢(shì)是逐漸減少乃至停止使用含鎘材料或化學(xué)物 的金屬觸點(diǎn)材料。因此尋找能夠替代Ag-CdO新型電觸點(diǎn)材料成為目前國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。 目前Ag-Zn0系列材料是希望替代Ag-Cd0材料的材料體系之一。 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，馬光發(fā)表的"銀基電接觸材料改性及制備工藝"《稀 有金屬快報(bào)》2007 (26) 10指出Ag-Zn0觸頭材料中Zn0顆粒具有高的熱穩(wěn)定性，熔點(diǎn)達(dá)到 1950°C 。在使用過(guò)程中Zn0顆粒將穩(wěn)定存在，隨著Ag金屬的飛濺導(dǎo)致越來(lái)越多的Zn0聚集 在接觸表面，從而使得接觸電阻上升。因此改善氧化物顆粒的導(dǎo)電性能將有助于提高銀氧 化物電接觸材料相關(guān)的電接觸性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上存在的不足，提供一種摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法。采 用對(duì)首先對(duì)Zn0顆粒改性的方法，即通過(guò)摻雜的方法提高Zn0顆粒的導(dǎo)電性能。再以改性后 的Zn0顆粒作為原料制備Ag-Zn0材料，從而達(dá)到降低材料在使用過(guò)程中接觸電阻的目的。 采用這種制備方法獲得的AgZnO材料具有優(yōu)良的力學(xué)和電學(xué)綜合性能。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明包括如下步驟 第一步，按照Z(yǔ)nO : Co203 :吣205(摩爾比)=97.5 : 2.5 : 0. 075取Zn0、Co203、 Nb205置于球磨機(jī)中球磨后煅燒，再將煅燒后粉末置于球磨機(jī)中球磨后烘干獲得粉末A待 用； 所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為50-200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為48h。
所述煅燒，是指在空氣中80(TC煅燒lh。 第二步，將鈦酸四丁酯[Ti(0C4H9)4]溶于冰醋酸和乙二醇乙醚的混合液中，并于 50-6(TC之間加熱攪拌至均勻透亮，獲得溶液B ;其中鈦酸四丁酯與第一步中Zn0、 Co203、 吣205摩爾比例如下Zn0 : Co203 : Nb205 : Ti(0C4H9)4 = 97. 5 : 2. 5 : 0.075 : 0. 05;冰
醋酸和乙二醇乙醚的質(zhì)量比在i : 2 2 : i之間；冰醋酸和乙二醇乙醚的質(zhì)量之和與鈦酸四丁酯的質(zhì)量比在i:5 i:i之間； 第三步，將硝酸釔[Y(N03) 33. 6H20]溶于適量的去離子水中，加入乙二醇乙醚并于40-5(TC加熱攪拌至完全溶解后去掉加熱源于室溫下繼續(xù)攪拌4小時(shí)，獲得溶液C ;其中Y(N03)3與第一步中ZnO、 Co203、吣205摩爾比例如下ZnO : Co203 : Nb205 : Y(N03)3 =
97.5 : 2.5 : 0.075 : o.05 ;硝酸釔和乙二醇乙醚的摩爾比在i : 2 i : 5之間； 第四步，在50-6(TC之間將溶液C緩慢倒入溶液B中攪拌獲得摻雜溶液D。
第五步，將D溶液倒入第一步獲得的A粉末中，并攪拌均勻后干燥獲得粉末E。
所述干燥，是指于120-200。C干燥4h。 第六步，將粉末E在空氣中以50-100°C /min速度升溫至130(TC保溫2_4h獲得改性ZnO粉末。 第七步，取改性ZnO粉末及銀粉進(jìn)行球磨，其中ZnO粉末占混合粉末總質(zhì)量的8 15%之間。 所述球磨，其中球料比為3 : 1 10 : 1之間，球磨時(shí)間在5-20h。 第八步，將球磨后的粉末進(jìn)行冷等靜壓壓制； 所述冷等靜壓壓制，其中冷等靜壓壓強(qiáng)在100 300MPa之間。 第九步，將冷等靜壓獲得的壓坯置于空氣氣氛下燒結(jié)； 所述燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度在700 90(TC之間，燒結(jié)時(shí)間在4 8h之間。 第十步，將燒結(jié)后坯體進(jìn)行熱壓； 所述熱壓，其中熱壓溫度為400 90(TC，熱壓壓力為300 700MPa，熱壓時(shí)間為lmin 30min。 第十一步，對(duì)熱壓后坯體進(jìn)行復(fù)燒，復(fù)燒工藝同第九步；
第十二步，將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓獲得線材或帶材。 所述熱擠壓，其中坯體加熱溫度在600-90(TC，擠壓比在10-400之間，擠壓速度為5-8cm/min，擠壓模具預(yù)熱溫度200-500°C 。 ZnO本征電阻率達(dá)到159Q cm數(shù)量級(jí)，導(dǎo)電性能較差。本發(fā)明采用了溶膠-凝膠方法首先獲得了摻雜鈮和釔元素的ZnO粉末，其中加入Co203的目的是改善導(dǎo)電相電阻率的非線性，適量的Co203還可降低ZnO基導(dǎo)電陶瓷的電阻率，電阻率的降低是因?yàn)橐氲腡i能與Zn —起生成ZnTi03.在燒結(jié)過(guò)程中ZnTi03晶格失氧，內(nèi)部產(chǎn)生氧空位并伴隨著產(chǎn)生Ti、當(dāng)受電場(chǎng)及熱能激勵(lì)時(shí)，起到載流子的作用，從而提高陶瓷導(dǎo)電率。然后將改性后的ZnO粉末與相應(yīng)含量Ag粉經(jīng)過(guò)球磨、壓制、燒結(jié)、熱擠壓等制備方法獲得分散均勻的致密復(fù)合材料。采用本方法制備的AgZnO材料具有理想的組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的綜合性能，在使用過(guò)程中具有接觸電阻低，抗電弧燒蝕能力優(yōu)良等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的方法流程圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，以下的說(shuō)明僅為理解本發(fā)明技術(shù)方案之用，不用于限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
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如圖1所示，為本發(fā)明以下實(shí)施例的流程圖。
實(shí)施例一 1、按照Z(yǔ)n0 : Co203 :吣205 (摩爾比)=97.5 : 2.5 : 0. 075取相應(yīng)的ZnO、Co203、Nb205置于球磨機(jī)中球磨48h后在空氣中80(TC煅燒lh，然后再球磨48h獲得混合粉末A，其中球磨轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘。 2、按照Z(yǔ)nO : Co203 : Nb205 : 11(0(:4119)4(摩爾比)=97. 5 : 2. 5 : 0.075 : 0.05
取相應(yīng)量鈦酸四丁酯溶于冰醋酸和乙二醇乙醚的混合液中，其中冰醋酸乙二醇乙醚(質(zhì)量比)=1 : 2;鈦酸四丁酯(冰醋酸+乙二醇乙醚)(質(zhì)量比)=i : 1，在50 60。c
之間加熱攪拌至均勻透亮，獲得溶液B。 3、按照Z(yǔ)nO : Co203 : Nb205 : Y(N03)3 = 97.5 : 2. 5 : 0.075 : 0.05取相應(yīng)量
硝酸釔溶于去離子水中，加入乙二醇乙醚(硝酸釔乙二醇乙醚(摩爾比)=i : 2)并于
45t:加熱攪拌至完全溶解后去掉加熱源于室溫下繼續(xù)攪拌4小時(shí)，獲得溶液c。 4、在溫度55t:之間將溶液C緩慢倒入溶液B中獲得摻雜溶液D。 5、將D溶液倒入粉末A中，攪拌均勻后在12(TC干燥4h后獲得粉末E。 6、將粉末E在空氣中以50°C /min速度升溫至130(TC保溫2h獲得改性ZnO粉末。 7 、然后用將改性ZnO粉末與銀粉球磨，其中改性ZnO粉末占總重的15 % ，球料比為
3 : 1，球磨時(shí)間為20h。 8 、然后將球磨后粉末在等靜壓強(qiáng)300MPa下壓制成坯。
9、將壓制好的坯體在空氣氣氛下90(TC燒結(jié)4h。
10、將燒結(jié)坯體在40(TC下700MPa熱壓，熱壓時(shí)間為30分鐘。
11、隨后將熱壓坯體按照之前第9步燒結(jié)工藝復(fù)燒。 12、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度90(TC，模具預(yù)熱500°C，擠壓比為400，擠壓速度為5cm/min。 通過(guò)上述工藝即可獲得彌散分布的Ag-15ZnO材料，此材料抗拉強(qiáng)度為350MPa，導(dǎo)電率為3. 5 ii Q . cm，硬度為85HV。
實(shí)施例二 1、按照Z(yǔ)nO : Co203 :吣205 (摩爾比)=97.5 : 2.5 : 0. 075取相應(yīng)的ZnO、Co203、Nb205置于球磨機(jī)中球磨48h后在空氣中80(TC煅燒lh，然后再球磨48h獲得混合粉末A，其中球磨轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。 2、按照Z(yǔ)nO : Co203 : Nb205 : 11(0(:4119)4(摩爾比)=97. 5 : 2. 5 : 0.075 : 0.05
取相應(yīng)量鈦酸四丁酯溶于冰醋酸和乙二醇乙醚的混合液中，其中冰醋酸乙二醇乙醚(質(zhì)量比)=2 : i;鈦酸四丁酯(冰醋酸+乙二醇乙醚)(質(zhì)量比)=1 : 5，在50-6(TC之
間加熱攪拌至均勻透亮，獲得溶液B。 3、按照Z(yǔ)nO : Co203 : Nb205 : Y(N03)3 = 97.5 : 2. 5 : 0.075 : 0.05取相應(yīng)量
硝酸釔溶于去離子水中，加入乙二醇乙醚(硝酸釔乙二醇乙醚(摩爾比)=i : 3)并于
5(TC加熱攪拌至完全溶解后去掉加熱源于室溫下繼續(xù)攪拌4小時(shí)，獲得溶液C。 4、在溫度6(TC之間將溶液C緩慢倒入溶液B中獲得摻雜溶液D。 5、將D溶液倒入粉末A中，攪拌均勻后在20(TC干燥4h后獲得粉末E。6、將粉末E在空氣中以IO(TC /min速度升溫至130(TC保溫4h獲得改性ZnO粉末。
7、取改性Zn0粉末與銀粉球磨，其中改性Zn0粉末占總重的8X，球料比為10 : 1， 球磨時(shí)間為20h。 8、然后將球磨后粉末在等靜壓強(qiáng)lOOMPa下壓制成坯。
9、將壓制好的坯體在空氣氣氛下70(TC燒結(jié)8h。
10、將燒結(jié)還體在90(TC下300MPa熱壓，熱壓時(shí)間為1分鐘。
11、隨后將熱壓坯體按照之前第9步燒結(jié)工藝復(fù)燒。 12、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度60(TC，模具預(yù)熱200°C， 擠壓比為IO，擠壓速度為8cm/min。 通過(guò)上述工藝即可獲得彌散分布的Ag-8ZnO材料，此材料抗拉強(qiáng)度為200MPa，導(dǎo) 電率為2. 5 ii Q cm，硬度為70HV。
實(shí)施例三 1、按照Z(yǔ)nO : Co203 :吣205 (摩爾比)=97.5 : 2.5 : 0. 075取相應(yīng)的ZnO、Co203、 Nb205置于球磨機(jī)中球磨48h后在空氣中80(TC煅燒lh，然后再球磨48h獲得混合粉末A，其 中球磨轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘。 2、按照Z(yǔ)nO : Co203 : Nb205 : 11(0(:4119)4(摩爾比)=97.5 : 2.5 : 0.075 : 0.05
取相應(yīng)量鈦酸四丁酯溶于冰醋酸和乙二醇乙醚的混合液中，其中冰醋酸乙二醇乙醚(質(zhì) 量比)=1 : i;鈦酸四丁酯(冰醋酸+乙二醇乙醚)(質(zhì)量比)=i : 3，在50-6(TC之
間加熱攪拌至均勻透亮，獲得溶液B。 3、按照Z(yǔ)nO : Co203 : Nb205 : Y(N03)3 = 97.5 : 2. 5 : 0.075 : 0.05取相應(yīng)量
硝酸釔溶于去離子水中，加入乙二醇乙醚(硝酸釔乙二醇乙醚(摩爾比)=i : 5)并于
4(TC加熱攪拌至完全溶解后去掉加熱源于室溫下繼續(xù)攪拌4小時(shí)，獲得溶液C。 4、在溫度5(TC之間將溶液C緩慢倒入溶液B中獲得摻雜溶液D。 5、將D溶液倒入粉末A中，攪拌均勻后在15(TC干燥4h后獲得粉末E。6、將粉末E在空氣中以70°C /min速度升溫至130(TC保溫3h獲得改性ZnO粉末。 7、取改性ZnO粉末與銀粉球磨，其中改性ZnO粉末占總重的10X，球料比為5 : 1，
球磨時(shí)間為6h。 8、然后將球磨后粉末在等靜壓強(qiáng)250MPa下壓制成坯。
9、將壓制好的坯體在氧氣氣氛下80(TC燒結(jié)6h。
10、將燒結(jié)坯體在60(TC下500MPa熱壓，熱壓時(shí)間為15分鐘。
11、隨后將熱壓坯體按照之前第9步燒結(jié)工藝復(fù)燒。 12、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度85(TC，模具預(yù)熱400°C， 擠壓比為300，擠壓速度為7cm/min。 通過(guò)上述工藝即可獲得彌散分布的Ag-10ZnO材料，此材料抗拉強(qiáng)度為230MPa，導(dǎo) 電率為2. 6 ii Q . cm，硬度為73HV。
權(quán)利要求
一種摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，按照Z(yǔ)nO∶Co2O3∶Nb2O5摩爾比＝97.5∶2.5∶0.075取ZnO、Co2O3、Nb2O5置于球磨機(jī)中球磨后煅燒，再將煅燒后粉末置于球磨機(jī)中球磨后烘干獲得粉末A待用；第二步，將鈦酸四丁酯Ti(OC4H9)4溶于冰醋酸和乙二醇乙醚的混合液中，并于50-60℃之間加熱攪拌至均勻透亮，獲得溶液B；其中鈦酸四丁酯與第一步中ZnO、Co2O3、Nb2O5摩爾比例如下ZnO∶Co2O3∶Nb2O5∶Ti(OC4H9)4＝97.5∶2.5∶0.075∶0.05；冰醋酸和乙二醇乙醚的質(zhì)量比在1∶2～2∶1之間；冰醋酸和乙二醇乙醚兩者質(zhì)量之和與鈦酸四丁酯的質(zhì)量比在1∶5～1∶1之間；第三步，將硝酸釔Y(NO3)33.6H2O溶于去離子水中，加入乙二醇乙醚并于40-50℃加熱攪拌至完全溶解后，去掉加熱源于室溫下繼續(xù)攪拌，獲得溶液C；其中Y(NO3)3與第一步中ZnO、Co2O3、Nb2O5摩爾比例如下ZnO∶Co2O3∶Nb2O5∶Y(NO3)3＝97.5∶2.5∶0.075∶0.05；硝酸釔和乙二醇乙醚的摩爾比在1∶2～1∶5之間；第四步，將溶液C緩慢倒入溶液B中攪拌獲得摻雜溶液D；第五步，將D溶液倒入第一步獲得的A粉末中，并攪拌均勻后干燥獲得粉末E；第六步，將粉末E在空氣中升溫至1300℃保溫獲得改性ZnO粉末；第七步，取改性ZnO粉末及銀粉進(jìn)行球磨，其中ZnO粉末占混合粉末總質(zhì)量的8～15％之間；第八步，將球磨后的粉末進(jìn)行冷等靜壓壓制；第九步，將冷等靜壓獲得的壓坯置于空氣氣氛下燒結(jié)；第十步，將燒結(jié)后坯體進(jìn)行熱壓；第十一步，對(duì)熱壓后坯體進(jìn)行復(fù)燒，復(fù)燒工藝同第九步；第十二步，將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓獲得線材或帶材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第一步 中，所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為50-200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為48h ;所述煅燒是指在空氣中80(TC煅 燒lh。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第四步 中，在50-6(TC之間將溶液C緩慢倒入溶液B中攪拌獲得摻雜溶液D。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第五步 中，所述干燥，是指于120-200。C干燥4h。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第六步 中，將粉末E在空氣中以50-100°C /min速度升溫至130(TC保溫2_4h獲得改性ZnO粉末。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第七步中，所述球磨，其中球料比為3 : i io : i之間，球磨時(shí)間在5-20h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第八步 中，所述冷等靜壓壓制，其中冷等靜壓壓強(qiáng)在100 300MPa之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第九步 中，所述燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度在700 90(TC之間，燒結(jié)時(shí)間在4 8h之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第十步 中，所述熱壓，其中熱壓溫度為400 900°C ，熱壓壓力為300 700MPa，熱壓時(shí)間為lmin 30min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，其特征在于，第十二 步中，所述熱擠壓，其中坯體加熱溫度在600-900°C，擠壓比在10-400之間，擠壓速度為 5-8cm/min，擠壓模具預(yù)熱溫度200-500°C 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種摻雜銀氧化鋅電接觸材料的制備方法，采用溶膠-凝膠方法獲得改性ZnO顆粒，提高ZnO顆粒導(dǎo)電率，再以改性后ZnO為原料與銀粉經(jīng)過(guò)球磨、壓制、燒結(jié)、熱擠壓等工藝流程獲得彌散分布致密的復(fù)合材料。由于ZnO顆粒的導(dǎo)電性能得到改善，從而解決了材料在使用過(guò)程中接觸電阻和溫升過(guò)高的問(wèn)題，拓寬了Ag-ZnO材料的使用范圍，提高了材料的電接觸性能。
文檔編號(hào)H01H11/04GK101707156SQ20091019628
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者甘可可, 祁更新, 陳樂(lè)生, 陳曉 申請(qǐng)人:溫州宏豐電工合金有限公司