專利名稱：低電阻率Ag/SnO的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種低電阻率Ag/SnO2電工觸頭材料及其制備。
電工觸頭作為開關電器的主要原件之一，起著接通、分斷和傳輸電流的作用。Ag/SnO2系合金材料是一種新型的電觸頭材料，其抗熔焊性、抗電磨損性優(yōu)良，電壽命高，無毒，可使元件小型化，極有希望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Ag/CdO系合金材料，因而近年來一直受到國內外電工合金工作者的關注。Ag/SnO2的制備方法有三種，一是粉末冶金法，它是將Ag粉、SnO2粉等機械混合，然后壓制成型、燒結、擠壓(或鍛壓)成材;二是合金內氧化法，即將Ag-Sn熔煉成合金，軋制或擠壓成材，然后選擇氧化獲得Ag/SnO2材料;三是合金粉末內氧化法，它綜合了前兩種工藝的優(yōu)點，首先得到Ag-Sn合金粉末，再選擇氧化得到Ag-SnO2粉，最后壓制成型、燒結、擠壓(或鍛壓)成材。上述三法雖各有所長，但均存在觸頭使用時溫升較大、壽命不高的不足(與Ag/CdO比較)，其本質是由于SnO2為絕緣體，使得用SnO2與Ag制得的材料電阻率較高。另外，上述三種方法得到的材料組織均不甚理想粉末冶金法不易獲得均勻組織;合金內氧化易產生宏觀、微觀的成分偏析及SnO2分層現(xiàn)象，塑性加工時極易出現(xiàn)微觀裂紋，另外，此法生產周期長，耗能大，勞動生產率低;粉末內氧化時形成的是SnO2包Ag顆粒，粉末冶金加工時得到的是絕緣SnO2隔離Ag的組織，晶界為連續(xù)的SnO2，晶間結合力弱，使用時易出現(xiàn)宏觀和微觀裂紋，材料的電阻率較高，觸頭的使用壽命不長。
本發(fā)明的目的旨在提供一種低電阻率的Ag/SnO2電工觸頭材料及其制備工藝，以克服現(xiàn)有技術的上述不足。
本發(fā)明的技術解決方案是從構成觸頭材料的組元電性能的改善、復合粉末的制備等方面入手，將絕緣的二氧化錫(SnO2)改性制得導電的二氧化錫，然后用絡合硝酸銀溶液作供銀劑，以水合肼溶液作還原劑制Ag包SnO2復合粉末，最后經(jīng)壓制、燒結、鍛壓或擠壓、退火、機加工成材。
下面對本發(fā)明作詳細說明。
1、導電SnO2粉末的制備將Sn-Sb按適當比例(含Sb量1～15wt%)配制，熔煉、澆鑄成薄片狀，用過量濃硝酸氧化得到錫銻合金的化合物粉末，高溫煅燒得到導電SnO2粉末，高溫煅燒得到導電SnO2粉末，粒度0.5～3μm，電阻率0.1～10Ω·cm，其電導率比純SnO2(絕緣體)高5～6個數(shù)量級。
合金熔煉溫度650～750℃，時間1～2hr;煅燒溫度800～1200℃，煅燒時間1～3hr。
2、制備絡合硝酸銀溶液，水合肼溶液用硝酸銀(AgNO3)或用銀制得硝酸銀溶液(濃度0.1～1.5M)作供銀劑，并用氨水絡合，PH＝8～12;用水合肼(N2H4·H2O)溶液(濃度1～5M)作還原劑還原AgNO3。
3、制備Ag包導電SnO2復合粉末將導電SnO2粉末放入絡合硝酸銀溶液中，超聲振動(頻率10～50KHz)一定時間(10～60min)以充分分散導電SnO2粉末，攪拌并適當加溫(溫度20～80℃)，然后滴入(或噴灑)水合肼溶液得到海綿狀Ag包導電SnO2粉，水洗、干燥，最終獲得Ag/SnO2復合粉末。
4、壓制成型，燒結，鍛壓或擠壓，退火，機加工成材。
冷壓制成型壓力為200～500MPa，燒結溫度為850～900℃，時間1～3hr，鍛壓、擠壓或熱軋得到密度為9.85～9.95g/cm3的型材，在500～800℃退火1～3hr，再沖壓、冷鍛成觸頭。
最終得到的Ag/SnO2(12)材料性能為，電阻率2.3～2.5μ·cm，硬度HB760～1200MPa，密度9.85～9.95g/cm3。
除上述在SnO2中摻雜元素Sb外，還可在SnO2中通過類似方法摻雜Cu(0.1～2wt%)等元素，獲得導電SnO2粉末。
本發(fā)明的主要優(yōu)點在于1、本發(fā)明首次實現(xiàn)將絕緣的純SnO2改性為導電SnO2粉用于Ag/SnO2觸頭中，較大幅度地降低了觸頭材料的電阻，特別是高溫電阻，進而提高了其使用性能。
2、第一次用超聲振動、攪拌并適當加溫、用水合肼還原AgNO3以獲得粒度均勻、高度分散、成分準確、界面結合力強的Ag包導電SnO2粉，通過后續(xù)的粉末冶金加工工藝可得到彌散效果極佳的Ag/SnO2觸頭材料。
3、本發(fā)明可控制導電SnO2粉末的粒度(通過控制振動頻率)，因此可根據(jù)實際需要制備出不同SnO2粒度的Ag/SnO2觸頭材料。
4、本發(fā)明可調整工藝，控制Ag包導電SnO2復合粉末的粒度，以優(yōu)化成型、燒結工藝。
5、本發(fā)明制備出的Ag/SnO2材料塑性加工性能優(yōu)良，易擠壓軋制成絲或板材。
6、本發(fā)明所用原料易得，工藝簡按單、易行，成本較低，適于工業(yè)化生產。
此外，本發(fā)明中的超聲振動制備Ag包SnO2粉末技術還可應用到其它Ag基觸頭材料及其它復合材料中。
實施例1、溶煉Sn-Sb合金Sn粒、Sb粒(2.5wt%)置入坩鍋熔化，得到Sn-Sb合金。
2、氧化Sn-Sb合金用濃硝酸(過量)倒入盛有Sn-Sb合金的容器中，充分反應以得到白色沉淀，用蒸餾水洗滌、干燥，得到白色粉末，再置入馬弗爐中在1000℃下煅燒1小時最終得到藍灰色導電SnO2粉末。
3、制備Ag包SnO2復合粉配制0.9N濃度的AgNO3溶液，用氨水結合，配制1.7N的水合肼溶液。按Ag∶SnO2＝88∶12的比例稱出導電SnO2粉末，計算出所需的AgNO3溶液的體積，將稱好的SnO2粉末放入AgNO3溶液中(容器)，再將盛有SnO2粉末和AgNO3溶液的容器置于超聲發(fā)生器上，充分振動30min以上，超聲頻率為20KHz，然后邊振邊攪拌，滴入水合肼溶液，反應得到海棉狀灰色Ag-SnO2復合粉。水洗、干燥，最終得到棕灰色復合粉。
4、粉末冶金法制備觸頭材料將復合粉置于成型模中，以壓力σ＝300～350MP冷成型，然后置入馬弗爐中在450℃預熱1hr，以去除有機易揮發(fā)物質，再升溫到880℃煅燒1～2小時，得到ρ≈7.2～7.4g/cm3的燒結體，然后熱鍛或熱擠得到ρ＞9.5g/cm3的型材，再在700℃溫度下退火1小時，再沖壓冷鍛成觸頭。
用上述工藝流程得到的材料物理性能如下電阻率ρ＝2.3～2.5μΩ·cm布氏硬度HB＝880MPa密度d＝9.7～9.9g/cm權利要求
1.一種低電阻率電工觸頭材料，是由Ag、SnO2按一定冶金工藝制得的復合粉末，其特征在于組成該復合粉末的SnO2中摻雜有元素銻。
2.根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于SnO2粉末中的含銻量為1～15%(wt)。
3.根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于組成該復合粉末的SnO2粉末摻雜元素銅，其含銅量為0.1～2%(wt)。
4.一種低電阻率Ag/SnO2電工觸頭材料的制備工藝，其特征在于(1)將Sn-Sb按適當比例配制，熔煉，澆鑄成薄片，并用硝酸氧化得到錫、銻的化合物粉末，高溫煅燒得到導電SnO2粉末;(2)將導電SnO2粉末放入絡合硝酸銀溶液中，超聲振動以充分分散導電SnO2粉末，攪拌，然后滴入水合肼溶液得到海綿狀Ag包導電SnO2粉末;(3)壓制成型、燒結、鍛壓或擠壓、退火、機加工成材。
5.根據(jù)權利要求4所述的工藝，其特征在于SnO2中含銻量為1～15%(wt)。
6.根據(jù)權利要求4所述的制備工藝，其特征在于Sn-Sb的熔煉溫度為650～750℃，時間為1～2hr;煅燒溫度為800～1200℃，時間為1～3hr。
7.根據(jù)權利要求4所述的制備工藝，其特征在于超聲振動的頻率為10～50KHz，振動時間10～60min。
8.根據(jù)權利要求4所述的制備工藝，其特征在于冷壓制成型壓力200～500MPa，燒結溫度850～900℃，時間1～3hr。
全文摘要
低電阻率Ag/SnO
文檔編號H01H1/02GK1085346SQ9311049
公開日1994年4月13日 申請日期1993年3月3日 優(yōu)先權日1993年3月3日
發(fā)明者堵永國, 林炳, 白書欣, 易旸, 張家春 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學