低壓銀基電觸頭材料的發(fā)展及應(yīng)用課件

1、低壓電器銀基電觸頭材料發(fā)展及應(yīng)用2思 考 l 低壓電器最重要的零件是什么? 對(duì)其主要技術(shù)要求是？2 什么材料最適合制作低壓電器的電觸頭材料？3 銀氧化鎘的優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么?4 銀氧化錫與銀氧化鎘相比，有何優(yōu)點(diǎn)?5 銀合金材料的種類和相互性能如何?6 新的電觸頭材料有哪些? 其對(duì)低壓電器開斷有何好處？ 低壓開關(guān)電器以可靠性高、工作壽命長為主要標(biāo)志。其中，觸頭（特別是觸頭材料）是保證其實(shí)現(xiàn)高可靠性和長壽命的關(guān)鍵。 電觸頭，亦稱觸點(diǎn)、接點(diǎn)或觸頭，是開關(guān)電器、儀器儀表等中的接觸部件，擔(dān)負(fù)著接通、承載與分?jǐn)嚯娏鞯娜蝿?wù)，它的性能直接影響到開關(guān)電器的可靠運(yùn)行和使用壽命。電觸頭在開閉過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象極其復(fù)雜，

2、影響因素較多，理想的電觸頭材料必須具備良好的物理性能、電接觸性能、加工制造性能等。因此，其性能直接影響著開關(guān)電器及儀器儀表的可靠運(yùn)行。 2-1 引 言 低壓電器 電接觸材料已有100余年的歷史。其中銀基電觸頭材料適用于各類開關(guān)、繼電器和接觸器等大、中負(fù)荷電器中。 - 最初使用純銀、純金、純鉑作觸頭材料； 到20 世紀(jì)40 年代開始采用的Ag-Cu，Au-Ag，Pd-Ag 等合金；再到60 年代以來發(fā)展了多元貴金屬和各種貴金屬復(fù)合材料。2-1 引 言 銀的導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，有一定的抗電腐蝕能力，制造工藝簡單，價(jià)格也還適中，所以許多電器都用銀做觸頭。 銀基電觸頭具有較好的耐電磨損、抗熔焊和導(dǎo)電性、接觸

3、電阻小且穩(wěn)定，廣泛用于各種輕重負(fù)荷的低壓電器、家用電器、汽車電器、航空航天電器。特別是繼電器和接觸器這些量大面廣的電器，幾乎全部采用銀觸頭，是電觸頭行業(yè)中最為量大面廣的產(chǎn)品。 銀-金屬氧化物觸頭材料具有優(yōu)良的開關(guān)運(yùn)行特性，因而成為低壓電器廣泛應(yīng)用的一類觸頭材料。2-1 引 言2-2-1 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 1、 銀 是所有金屬中導(dǎo)熱性最好、加工性極好的材料，因此銀是最重要、最經(jīng)濟(jì)的貴金屬接觸材料，適用于中等負(fù)荷和重負(fù)荷的電器中。 早期的電接觸材料多采用純銀。但銀的硬度不高、熔點(diǎn)低、不耐磨，在潮濕和較高的溫度下，在含硫或硫化物介質(zhì)中，表面形成硫化銀薄膜。在直流電作用下，由于銀的硬度低和容易揮

4、發(fā)，會(huì)形成電侵蝕尖刺。在負(fù)荷大的條件下，銀接觸元件易形成電弧，使其熔接。 2、銀合金材料 為了解決純銀接觸材料的種種缺點(diǎn)，發(fā)展了銀合金材料；為了提高銀的硬度，往往加入銅；為了電弧的快速熄滅而加入鎘；為了使晶粒細(xì)化而加入鎳；為了提高機(jī)械性能、耐磨蝕性、焊接性和光澤性而加入釩；為了改善抗硫化性能而加入少量的錫鋅等。隨著電器的發(fā)展，對(duì)電接觸材料的要求也越來越復(fù)雜，為了解決這個(gè)矛盾，發(fā)展了銀金屬氧化物材料。2-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況3、銀金屬氧化物 (AgMeO) 電觸頭材料 1）是指彌散的金屬氧化物顆粒分布在銀基體中的一種材料。其中，銀表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、極好的加工性、高的抗氧化能力；金屬氧

5、化物則主要表現(xiàn)為阻止觸頭焊接和腐蝕。 對(duì)AgMeO電觸頭材料的長期研究和使用證明，AgMeO電觸頭材料具有較好的導(dǎo)電性、抗熔焊性、耐電磨損和使用壽命。 2）常用于各種低壓開關(guān)、繼電器和接觸器等低壓電器，有廣泛的應(yīng)用前景。72-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況82-1 引 言 3） 對(duì)銀金屬氧化物觸頭材料的基本要求： 抗閉合熔焊，抗閉合侵蝕；抗分?jǐn)嗲治g；電弧易于運(yùn)動(dòng)，接觸電阻小等。所以設(shè)計(jì)新型材料時(shí)，應(yīng)兼顧以上要求。 銀-金屬氧化物觸頭材料，一般含有2 個(gè)組分： 第1 個(gè)組分 銀 可提供高的電導(dǎo)率，具有良好的抗氧化、氮化性能的純金屬； 第2 個(gè)組分 金屬氧化物，主要決定電弧的分?jǐn)嘈阅?，如CdO、SnO

6、2、ZnO 等，它們的加入可明顯提高觸頭材料的電接觸性能4）金屬氧化物在材料中的具體作用： （1）在Ag的熔化溫度范圍內(nèi)，金屬氧化物易于分解（如CdO、SnO2）；分解時(shí)，消耗電弧能量，并使電弧容易熄滅。 金屬氧化物分解時(shí)產(chǎn)生O2，因而加速熔化Ag 吸收O2 達(dá)到飽和；電弧熄滅后，Ag 熔池凝固，過剩的氧很快被逐出，因而形成小洞或微孔，這種多孔結(jié)構(gòu)有利于觸頭的抗熔焊； 此外，除分解溫度外，金屬氧化物顆粒大小也影響其分解難易程度 。一般來說，顆粒尺寸越小，則在電弧作用下越易分解，反之則不然。92-1 引 言 （2) 金屬氧化物在電弧作用下不會(huì)迅速汽化或升華，添加物也應(yīng)有類似的熱穩(wěn)定性。這樣，Ag

7、 熔池中懸浮的金屬氧化物顆粒將增大其粘度，降低Ag 的“噴濺侵蝕”。 另外，金屬氧化物顆粒在熔池中只有被熔化的Ag 潤濕后才能懸浮，在很多應(yīng)用條件下需要加入添加物才能使被熔化的Ag 潤濕。這是因?yàn)椋砑游锬芨淖兘饘傺趸?熔化Ag 系統(tǒng)的表面張力特性，因而能增進(jìn)其潤濕性。 （3）金屬氧化物的導(dǎo)電性一般較差，所以，其加入量以不降低Ag的導(dǎo)電性太多為宜。 經(jīng)國內(nèi)外專家、學(xué)者大量研究認(rèn)為氧化物最佳含量一般應(yīng)在10-15%。102-1 引 言 潤 濕：通常指固體表面上的氣體被液體取代的過程。如從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，當(dāng)固體和液體接觸后，體系表面自由能降低的現(xiàn)象，叫潤濕。 潤濕性的種類 根據(jù)陶瓷/金屬界面結(jié)合情

8、況，金屬對(duì)陶瓷的潤濕過程可分為非反應(yīng)性潤濕和反應(yīng)性潤濕。 其中，非反應(yīng)性潤濕是指界面潤濕過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，潤濕過程的驅(qū)動(dòng)力僅僅是擴(kuò)散力及范德華力。 范德華力是存在于分子間的一種吸引力，它比化學(xué)鍵弱得多。一般來說，某物質(zhì)的范德華力越大，其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)就越高。對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，范德華力一般隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增強(qiáng)。其中，液態(tài)金屬的表面張力是決定液態(tài)金屬是否能在固相陶瓷表面潤濕的主要熱力學(xué)參數(shù)。一般，此類潤濕過程進(jìn)行得很快，在很短的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到平衡；且溫度和保溫時(shí)間對(duì)潤濕性影響不大。112-1 引 言 相對(duì)而言，由于伴隨著不同程度的界面化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)性潤濕過程中液態(tài)金屬的表面張力并不

9、是影響液態(tài)金屬在陶瓷表面潤濕性的主要參數(shù)，潤濕作用主要是通過界面反應(yīng)形成界面反應(yīng)產(chǎn)物來實(shí)現(xiàn)。 此界面產(chǎn)物的生成使?jié)櫇襁^程在一具有更優(yōu)良潤濕性能的中間層上進(jìn)行，極大地改善了潤濕效果。 潤濕性的測(cè)量方法有：座滴法、落置液滴法、移滴法和斜板法。122-1 引 言 & AgCdO 材料 早在20世紀(jì)20 年代就有人提出將銀-金屬氧化物觸頭材料用于低壓電器的設(shè)想，不過由于當(dāng)時(shí)制造技術(shù)差，只能做出合金，如Ag/Cd 合金。 當(dāng)其在開關(guān)上使用，由于開關(guān)操作時(shí)觸頭與空氣中的氧作用，在Ag/Cd 觸頭表面形成AgCdO，使開關(guān)性能明顯提高，因而促使了AgCdO材料的研究與開發(fā)。 20世紀(jì)30 年代末，F(xiàn).R.H

10、ensel 及其合作者制造了最早的銀氧化鎘材料并首次進(jìn)行了電性能實(shí)驗(yàn)。然而，由于AgCdO 材料制造工藝的復(fù)雜性，經(jīng)過一段漫長時(shí)間的努力，直到20世紀(jì)50 年代才成功地制造出AgCdO 材料。此后，由于實(shí)驗(yàn)、測(cè)量技術(shù)的完善和更新，到20世紀(jì)60 至70 年代以后，經(jīng)過改進(jìn)和優(yōu)化的AgCdO 材料和制造工藝才告成熟，并大量投入生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用。132-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 銀氧化鎘觸頭材料具有優(yōu)良的抗電弧侵蝕性、抗熔焊性、穩(wěn)定且和較低的接觸電阻、良好的加工性和可焊性，并且具有優(yōu)良的使用性能，被稱為“萬能觸頭”，因此廣泛用于從幾伏到上千伏的多種低壓電器中。 然而性能如此優(yōu)良的材料卻存在一個(gè)致命的

11、弱點(diǎn)，即含有對(duì)人體和環(huán)境有害的Cd，且在AgCdO電觸頭材料的生產(chǎn)、裝配、使用及回收的全過程中都存在Cd污染。 銀氧化鎘觸頭材料自30 年代出現(xiàn)以來，各國對(duì)它進(jìn)行了廣泛深入的研究，70 年代達(dá)到了高峰。通過研究，人們弄清楚了銀氧化鎘的特性是由于彌散在銀基體中的氧化鎘粒子起了良好的作用： (1) 增加了材料的硬度，有利于抗機(jī)械磨損； (2) 增加了熔體材料的粘度，有利于減少液滴材料的飛濺； (3) 彌散相分解時(shí)有利于滅弧，減少了材料的蒸發(fā)損耗。142-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 為進(jìn)一步改善銀氧化鎘材料的性能，在其中添加其它元素的種類達(dá)33 種之多，以改善氧化鎘的粒度大小，形狀及分布。 研究表明

12、，銀氧化鎘基體中，當(dāng)添加元素的量小于0.1%時(shí)，就能起到改變顆粒形態(tài)、提高硬度、提高導(dǎo)電率或抗電磨損等作用。 20世紀(jì)70 年代以前，主要研究了影響電觸頭材料性能的因素，添加元素對(duì)AgCdO 材料形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能的影響，找到了改善材料導(dǎo)電率、硬度、電弧侵蝕速率的一些添加元素。152-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 20世紀(jì)70 年代以后，針對(duì)電弧侵蝕、材料遷移、復(fù)合技術(shù)、 鎘的毒性與防護(hù)的問題比較多。 國外近30 年來，對(duì)銀基電觸頭研究開發(fā)的一個(gè)重要內(nèi)容是研制能替代傳統(tǒng)觸點(diǎn)材料AgCdO 的新材料，其主要原因有二： 一是環(huán)境保護(hù)的要求，AgCdO 材料在制造和使用過程中不可避免地產(chǎn)生“鎘毒”已日益受

13、到了人們的關(guān)注，目前歐盟已禁止在部分家用電器和汽車電器上使用AgCdO 材料； 二是電器使用性能的要求，盡管AgCdO 材料有中等負(fù)載電器的萬能觸頭之稱，但在抗熔焊、耐電弧侵蝕等性能方面也暴露出越來越難以滿足電器開關(guān)對(duì)觸頭材料的小型化、高可靠性、長壽命等苛刻的電氣性能要求。162-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 為此，各國進(jìn)行了廣泛深入的研究，經(jīng)過多年努力，人們研制了AgZnO，AgCuO， AgNiO， AgSnO2等系列銀金屬氧化物（AgMeO）觸頭材料，各種材料性能見表2.1。 表2.1 AgMeO 觸頭材料性能172-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 觸頭材料性能經(jīng)過多年的大量實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)無毒

14、的 AgMeO 中，最有希望代替銀氧化鎘材料的是銀氧化錫材料。 AgSnO2 觸頭材料引起世界范圍的關(guān)注始于20 世紀(jì)70 年代中期，日本學(xué)者在第七屆國際電接觸學(xué)術(shù)會(huì)議上公開了用合金內(nèi)氧化法制備AgSnO2 觸頭材料。 此后，關(guān)于AgSnO2 材料的研究工作明顯增多，在AgSnO2 成分、工藝、材料物理性能、電氣使用性能等各個(gè)方面都取得了積極的進(jìn)展。 20世紀(jì)80 年代，德國Degussa（德固賽）公司宣稱該公司以約十年時(shí)間、耗資上千萬馬克，采用先進(jìn)的粉末燒結(jié)擠壓技術(shù)研制成功了AgSnO2 觸頭材料，使AgSnO2 材料的研究上了一個(gè)新臺(tái)階并在一些開關(guān)電器上成功地替代了AgCdO。 182-2

15、 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AgSnO2 的磨損率要比AgCdO 的小得多。 根據(jù)一系列接通實(shí)驗(yàn)觸頭表面的金相觀察，AgSnO2 具有優(yōu)良的耐磨損特性，可以歸結(jié)為下面幾個(gè)主要因素的作用： 1） 纖維狀SnO2 鑲嵌物按垂直于觸頭表面的方向排列，對(duì)電弧區(qū)觸頭熔焊表面，具有強(qiáng)烈的穩(wěn)定作用，使銀粘度增加，因而噴濺電磨損減小； 2） 由強(qiáng)烈熱交變所引起的機(jī)械應(yīng)力，將因沿纖維產(chǎn)生裂縫而得到解除，從而避免了平行于表面的大塊材料的開裂、脫落； 3） 根據(jù)不完全熱力學(xué)數(shù)據(jù)，SnO2 的蒸發(fā)、冷卻作用是不可忽略的。 192-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況Ag/SnO2 是一種可以和Ag/CdO 相媲美、

16、最有希望取代Ag/CdO 的無毒、環(huán)保型觸頭材料。 應(yīng)用實(shí)踐表明：它在中等電流范圍內(nèi)可取代Ag/CdO，甚至在某些電器上的性能、壽命均超過Ag/CdO。 一般認(rèn)為：SnO2 具有較高的熱穩(wěn)定性。當(dāng)觸頭電侵蝕主要取決于觸頭表面的金屬熔融和液態(tài)噴濺時(shí)，SnO2粒子在銀基體中的存在會(huì)大大減少材料損蝕。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，Ag/SnO2 的接觸電阻和溫升在相同條件下比Ag/CdO 高，以后加入了添加物WO3 或MoO3 才使問題得以解決。另外，近年來在接觸器應(yīng)用中又發(fā)現(xiàn)，Ag/SnO2 在AC3 條件下工作，其電壽命又比Ag/CdO 低，為了改善此性能，德國Degussa 公司也是采用加入添加物的方法使A

17、g/SnO2 的運(yùn)行性能得到優(yōu)化。202-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 例如：德國Degussa （德固賽）和Doduco （迪爾韋希特）兩大觸頭生產(chǎn)公司在20 世紀(jì)50 年代就用混粉法研制氧化錫觸頭，但性能都不理想。 Doduco 公司自1974 年開始用內(nèi)氧化法和粉末燒結(jié)擠壓法來研制銀氧化錫，直到1981 年才研制成功。 內(nèi)氧化法除可加In 之外，還可加入Bi、Zn、Sb（銻）、Pb（鉛）、Mn（錳） 等元素中的一種或兩種，以使銀氧化錫具有良好的綜合性能。 關(guān)于生產(chǎn)方法德國多采用粉末燒結(jié)擠壓法，日本、法國采用內(nèi)氧化法，美國則采用粉末冶金方法研制銀氧化錫材料。 212-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概

18、況但AgSnO2 材料有其致命不足： (1) AgSnO2 材料接觸電阻較大、溫升較高，嚴(yán)重影響電器使用性能； (2) AgSnO2 的高硬度使得AgSnO2復(fù)合材料成型變得異常困難。 因此，如何從成分設(shè)計(jì)、制造方法等方面解決AgSnO2 觸頭材料的上述關(guān)鍵問題一直是觸頭材料研究中的一個(gè)非常重要的領(lǐng)域。 最近有一種新的觸頭材料組元和優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，將傳統(tǒng)方法制備的AgSnO2 材料中絕緣的SnO2 改性為導(dǎo)電的SnO2，控制導(dǎo)電SnO2 粉末粒度，用超聲化學(xué)法制備Ag 包覆導(dǎo)電SnO2 復(fù)合粉末，以改善Ag 與SnO2 顆粒界面的潤濕效果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)AgSnO2 材料各種性能大大改善。

19、目前，AgSnO2 觸頭材料取代AgCdO的試驗(yàn)工作仍在進(jìn)行。222-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況1-2-2 我國電觸頭材料的發(fā)展概況 目前，我國從事銀基電觸頭材料生產(chǎn)的企業(yè)有 60 多家，職工總數(shù)超過12000 人，資產(chǎn)規(guī)模約14 億元。其中，2008 年銀基電觸頭材料產(chǎn)量超過800 噸，實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值約24億元。發(fā)展歷程： 1. 20 世紀(jì)50 年代初，上海燈泡廠制成了銀鎢觸頭-中國第一個(gè)自制的復(fù)合物觸頭； 2. 20 世紀(jì)50 年代后期至60 年代中期，北京電器科學(xué)研究院和上海電工合金廠先后研制成功“燒結(jié)銀氧化鎘、銀鎳30、銀石墨5”等，并且在電器中獲得了應(yīng)用，但在電器開關(guān)上大量使用純銀觸

20、頭的狀況并未改變。 后來，銀的抗熔焊性和大電流或重任務(wù)下的抗電腐蝕性被發(fā)現(xiàn)越來越不能滿足電器水平日益提高的要求。有的電器不得不加大觸頭的接觸壓力，以改善熔焊情況，有的則是加大觸頭體積來延長壽命或增大電器容量，這樣一來，電器的體積和用銀量都隨之增大。 232-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 70 年代中期開始，我國進(jìn)入了一個(gè)廣泛的開發(fā)新觸頭材料時(shí)期。 在電器工業(yè)的提高容量和更新?lián)Q代新設(shè)計(jì)思想帶動(dòng)下，各地的科研、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)以及高等學(xué)校紛紛投入研制、生產(chǎn)、應(yīng)用新材料的行動(dòng)。到80 年代初又發(fā)展成全面的、有意識(shí)的節(jié)銀行動(dòng)。 直至80 年代后期，終于結(jié)束了接觸器和繼電器使用純銀觸頭的時(shí)代，而且，包括斷路器和接

21、觸器在內(nèi)的絕大部分電器，由于采用了新材料，都取得了綜合性能提高、容量增大、體積減小的效果。同時(shí)，因?yàn)樾碌暮辖痣娪|頭性能高于銀觸頭，用銀量又可以進(jìn)一步減少。 在這個(gè)行動(dòng)中許多單位作出了重要貢獻(xiàn)，特別是電器部門做了大量的應(yīng)用試驗(yàn)研究，如上海人民電器廠除了與上海電器科學(xué)研究所合作，將新材料在老產(chǎn)品升級(jí)(即老型號(hào)交流接觸器提高容量等級(jí)供重任務(wù)用)和試制更新?lián)Q代產(chǎn)品上作應(yīng)用試驗(yàn)外，還把新的銀氧化鎘觸頭在老型號(hào)接觸器上做代替純銀并縮小觸頭尺寸的試驗(yàn)研究。24 經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，于1979 年成功地獲得節(jié)銀40%并減少體積36%的結(jié)果，為80 年代初開始的全面節(jié)銀行動(dòng)起了先驅(qū)作用。 1982 年，機(jī)械工業(yè)

22、部和中國人民銀行聯(lián)合發(fā)起，要求在交、直流接觸器、斷路器、繼電器、起動(dòng)器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等25 種代表性的低壓電器上進(jìn)行節(jié)銀試驗(yàn)。 至80 年代后期，收到了顯著的效果，節(jié)銀率高的可達(dá)50%以上， 一些產(chǎn)品的每臺(tái)用銀量，我國的電觸頭材料已與當(dāng)時(shí)世界上較好的同類產(chǎn)品差不多，其數(shù)據(jù)見表2.2 及表2.3 所示。 252-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況表 2.2 節(jié)銀接觸器與引進(jìn)同類產(chǎn)品用銀量對(duì)比26表2.3 塑殼斷路器觸頭尺寸與國外主要同類產(chǎn)品對(duì)比2-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 這段時(shí)期涌現(xiàn)出大量自行研制的新材料、新工藝、 新的試驗(yàn)方法和裝置。新的觸頭材料如： 銀鎢類 Ag-W20、Ag-W40、Ag-W50、

23、Ag-W65、Ag-W70、 Ag-W80； 銀鎳類 Ag-Ni10、Ag-Ni20、Ag-Ni30； 銀石墨類 Ag-C3、Ag-C5、Ag-C 纖維； 銀碳化鎢類 Ag-WC30、Ag-WC40、Ag-WC12-C3； 銀金屬氧化物類 Ag-ZnO8、Ag-ZnO12、Ag-CdO8、Ag-CdO10、Ag-CdO12、Ag-CdO15、Ag-SnO2 8、Ag-SnO2 12、Ag-SnO2 14；包括鉚釘觸頭在內(nèi)的覆層觸頭有Ag/Cu、細(xì)晶Ag/Cu、Ag-Si/Cu、Ag-Ni10/Cu、AgFe7/Cu、Ag-Cu/Cu、Ag-ZnO/Cu、Ag-CdO/Cu、Ag-SnO2/Cu

24、； 還有在某些場(chǎng)合可代替銀及銀合金的Cu-稀土、Cu-W40、Cu-C3 等。 272-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 從1982 年開始，我國每年都有代表參加世界上與電接觸有關(guān) 的國際會(huì)議，而且廣泛地開展了以會(huì)議、講座、技術(shù)引進(jìn)、合作研究等形式與國外同行的交流。之后，不少電接觸材料工作者繼續(xù)進(jìn)行提高材料性能和采用新工藝的研究。 1) 化學(xué)鍍法 應(yīng)用在Ag-W、Ag-WC-C、Ag-SnO2 等材料制造中，改善了粉末間的潤濕性，還提高了加工所需的延展性，大大提高了拉絲成品率； 2) 摻雜技術(shù) 應(yīng)用于銀氧化錫材料，改變了氧化錫的非導(dǎo)體性質(zhì)，顯著降低觸頭的電阻以延長壽命； 3) 粉末燒結(jié)擠壓技術(shù)并添加

25、元素 制造銀氧化錫來改善耐電弧侵蝕和抗熔焊性；282-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況 4) 對(duì)Ag-Ni、Ag-W、Ag-CdO、Ag-SnO2 進(jìn)行了各種添加元素對(duì)組織和性能影響的研究； 5) 為配合新一代高分?jǐn)嗄芰嗦菲鏖_發(fā)了Ag-Ni20 C 新觸頭材料； 6) 開發(fā)出新的Cu-WC15、Cu-WC20 和Cu-WC-C 配對(duì)代替Ag-W70，用于萬能(框架)式斷路器上可節(jié)銀60%以上； 7) 特殊的真空脫氣法以降低觸頭中的含氣量等。 還有20世紀(jì)80 年代由美國西屋公司、德國DODUCO、日本中外電氣工業(yè)株式會(huì)社引進(jìn)的技術(shù)經(jīng)過消化，已經(jīng)投入生產(chǎn)，提高了觸頭材料的生產(chǎn)能力和質(zhì)量。 292-2

26、 銀基觸頭材料的發(fā)展概況20 世紀(jì)80 年代末我國開始研制生產(chǎn)不含鎘的銀金屬氧化物電觸頭材料，包括銀氧化錫、銀氧化鋅、銀氧化銅、銀氧化鐵和銀稀土氧化物等。山東大學(xué)的研究人員提出了一種研究電觸頭材料體系的新思路，即銀基導(dǎo)電陶瓷電觸頭材料。這些研究目前取得了可喜的成效，某些替代品也已在相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域成功替代了銀氧化鎘材料，有些尚在研究之中。 302-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況（銀稀土氧化物） 昆明貴金屬研究所于1977 年率先在國內(nèi)開展了Ag 與Y、La、Sm、Ce（鈰） 形成合金的研究和應(yīng)用，開發(fā)的Ag-RE（銀-稀土） 合金電接觸材料，用于32V、100A 直流接觸器作電接觸材料。此類材料具有

27、優(yōu)良的滅弧能力，從而提高了使用的上限電流和電壽命。 國內(nèi)開發(fā)的Ag 基觸頭材料大體有Ag-RE、Ag-M(其它元素)、Ag-Cu-RE。其中，北京有色金屬與稀土應(yīng)用研究所自1981 年開始研制Ag-Cu-Ce 系合金電接觸材料，多年試用證明： Ag-Cu-Ce接觸材料在中、小功率負(fù)荷下，可以替代AgCdO 材料；其電壽命是純銀材料的15 倍。 為發(fā)揮銀氧化錫的優(yōu)良抗熔焊性以及銀-稀土合金的優(yōu)良滅弧能力，近年來又向銀中添加某雙稀土元素，可以發(fā)揮添加元素的互補(bǔ)作用，明顯地改善銀合金的綜合性能。 采用化學(xué)沉淀或超聲化學(xué)包覆法制備銀與稀土氧化物復(fù)合粉末，經(jīng)壓制成形、燒結(jié)、鍛壓或擠壓制備銀稀土氧化物材料

28、，綜合性能超過AgCdO材料。 312-2 銀基觸頭材料的發(fā)展概況2-3-1 電觸頭的工作狀態(tài)開關(guān)電器觸頭一般都有下列三種工作狀態(tài)： 1、閉合過程 動(dòng)觸頭以一定速度向靜觸頭運(yùn)動(dòng)閉合。由于觸頭及其構(gòu)件具有彈性，當(dāng)動(dòng)觸頭與靜觸頭碰撞接觸后，觸頭系統(tǒng)的動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)變成變形能，當(dāng)觸頭變形恢復(fù)時(shí)變形能又轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，使動(dòng)觸頭反彈運(yùn)動(dòng)。322-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類 若觸頭彈跳幅度超過了它的變形量，則動(dòng)、靜觸頭相互分離產(chǎn)生電?。ǘ袒。?，電弧的高溫使觸頭表面材料熔化、汽化和噴濺，造成觸頭的“關(guān)合侵蝕”。 觸頭彈跳過程中由于摩擦和塑性變形等消耗部分能量，使彈跳幅度逐漸減小，最后彈跳停止進(jìn)入閉合工作狀態(tài)。 觸

29、頭彈跳停止后電弧熄滅，觸頭表面的熔化金屬迅速冷卻凝固，容易使觸頭產(chǎn)生熔焊，一般稱為“動(dòng)熔焊”。 如果觸頭的焊接強(qiáng)度超過了開關(guān)機(jī)構(gòu)的分?jǐn)嗔?，則觸頭將造成永久性熔焊而使開關(guān)失去工作職能。 332-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類2、閉合導(dǎo)電狀態(tài) 由于觸頭接觸處有一定的接觸電阻，當(dāng)電流通過觸頭時(shí)，接觸電阻產(chǎn)生的焦耳損失使觸頭發(fā)熱，溫升增高。如果觸頭的溫升過高，接觸表面便迅速生長較厚的氧化膜，使導(dǎo)電斑點(diǎn)數(shù)目減少，尺寸縮小，接觸電阻變大。接觸電阻一旦變大，溫升進(jìn)一步增高，接觸電阻更加變大，如此惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致接觸面熔化而焊接，或者接觸電阻變?yōu)闊o限大使導(dǎo)電失效。這種因接觸電阻發(fā)熱而導(dǎo)致的熔焊稱為觸頭的“靜熔焊

30、”。另外，觸頭多次通電操作后，由于接觸電阻和電弧的熱作用，使接觸表面侵蝕變形，氧化物聚集，也將導(dǎo)致接觸電阻增大，溫升變高。342-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類3、分?jǐn)噙^程 動(dòng)觸頭以一定的速度相對(duì)靜觸頭分離斷開，觸頭一旦分離即引燃電弧。 低壓電器常采用磁吹線圈使電弧迅速運(yùn)動(dòng)進(jìn)入滅弧室而熄滅。然而，觸頭起始分離時(shí)電弧不能被磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，它要停留在觸頭上一段時(shí)間，使觸頭表面侵蝕。 只有當(dāng)觸頭分離超過一定距離以后，磁場(chǎng)才能驅(qū)使電弧運(yùn)動(dòng)。 電弧離開觸頭進(jìn)入滅弧室后熄滅。 電弧熄滅以后觸頭間隙起著隔離線路電壓的作用。 352-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類2-3-2 電觸頭分類目前，已研究出的低壓電器用電工觸頭材料

31、有數(shù)百種，但形成產(chǎn)業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用的觸頭材料只不過幾十種。它們基本上可以歸納為四個(gè)系列：Ag-MeO，Ag-Ni，Ag-W，Ag-C。也就是說，它們中的絕大部分是銀基材料，或者是含有相當(dāng)量的銀。 銀除了具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和高的塑性外，它同氧的親和力也較小，氧化物Ag2O 和AgO在200時(shí)即可分解，而且這兩種氧化物電阻率較小，在室溫下分別為1.cm 和12.cm，因此，銀可為觸頭提供較低的接觸電阻。銀基觸頭在表面被氧化的情況下，電流收縮區(qū)會(huì)發(fā)熱，表面上銀的氧化物即會(huì)分解，從而恢復(fù)了觸頭上金屬間的接觸。在頻繁操作的電器裝置中，有時(shí)也使用銅基觸頭：Cu-Cd，Cu-WC，Cu-Mo，Cu-W。 在

32、接觸壓力較大、頻繁操作、接觸時(shí)有磨擦的特殊的點(diǎn)式接觸的結(jié)構(gòu)上，銅基觸頭可為其提供良好的耐磨性能和足夠低的接觸電阻。 362-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類1Ag(Cu) -W (Mo) 電觸頭材料假合金W(Mo)-Ag(Cu)常被用于頻繁操作的強(qiáng)電(1kA 以上)電器上。 根據(jù)要求，特定難熔組元的含量可在10%-90%范圍內(nèi)變動(dòng)，隨著假合金中W (Mo)含量的提高，材料的強(qiáng)度、耐磨性、密度、抗熔焊性等性質(zhì)均增高，但其磨合性、導(dǎo)電性和接觸電阻等特性卻會(huì)下降。含有鎢和碳化鎢的假合金的缺陷在于，在工作時(shí)觸頭表面會(huì)形成鎢酸銀Ag2WO4 并使觸頭接觸電阻急劇升高。有人曾提出一種含鈦和鎢混合碳化物(Ti 0

33、. 77 W 0. 33)的材料，并對(duì)其進(jìn)行了研究，該材料在某種程度上沒有了上述缺陷，其密度和價(jià)格均較低，而耐電腐蝕性與標(biāo)準(zhǔn)的Ag-W 觸頭相當(dāng)，但這種材料的產(chǎn)業(yè)化情況尚不清楚。 372-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類2Ag-Ni 系列電觸頭材料早在1939 年，大負(fù)荷繼電器已使用了Ag-Ni 材料，這種假合金觸頭材料至今仍被延用。它的應(yīng)用領(lǐng)域限于中等負(fù)荷接觸器和磁性起動(dòng)器、鐵路自動(dòng)繼電器。它與Ag-C 觸頭配對(duì)使用具有良好的抗熔焊性，可用于自動(dòng)空氣開關(guān)上。Ag-Ni 觸頭最大優(yōu)點(diǎn)在于其工藝性：它無需附加焊接用銀層(覆層)。同樣重要的是，它可節(jié)銀達(dá)40%。因此，迄今為止，改進(jìn)這種材料的工作仍在繼續(xù)

34、。以前，人們研究過Agl0Ni3C 這種成分的觸點(diǎn)，它的抗熔焊性能較好，但電弧燒損速率也較大。研究者在此基礎(chǔ)上加入了少量的石墨一0.5%和1%，結(jié)果表明，抗熔焊性明顯變好。此時(shí)，對(duì)觸頭間靜態(tài)間隙的測(cè)試結(jié)果卻表明，電損蝕速率在下降。其原因尚需進(jìn)一步研究。 382-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類3Ag-C 系列電觸頭材料 在電器使用過程中，在要求觸頭接觸電阻較低的同時(shí)，觸頭的另外一個(gè)重要特性是抗熔焊性，它可保證在應(yīng)急情況下使電流分?jǐn)?。自?dòng)開關(guān)、鐵路信號(hào)繼電器、溫度調(diào)節(jié)器(如電熨斗)等對(duì)觸頭材料就有這種要求。 為了這個(gè)目的，常采用Ag-C 的燒結(jié)材料，在電流較大的情況下，石墨含量可達(dá)10%-20%。在銀

35、基中摻入3%-5%C 可使材料軟化，并使金屬接觸面積減少，從而使觸頭在實(shí)際中不發(fā)生熔焊。這種材料的硬度低，但電弧燒蝕量極大。 有人認(rèn)為，這是由于石墨強(qiáng)度低，在基體和石墨相之間不存在冶金聯(lián)結(jié)。不久前公布了石墨顆粒尺寸和工藝特點(diǎn)對(duì)Ag-5C 觸頭特性的影響的研究結(jié)果，石墨尺寸的減小導(dǎo)致因電弧作用而造成的損失增加，抗熔焊性也增大了。392-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類 為了增加金屬基體的強(qiáng)度，可以在觸頭中加鎳，實(shí)際上，人們已經(jīng)獲得了Ag(10-30)Ni3C 復(fù)合觸頭，它具有高的抗熔焊性和低的接觸電阻，同時(shí)具有良好的機(jī)械特性和較低的價(jià)格。 Ag29Ni3C1Cd 構(gòu)成的觸頭材料已問世，其硬度HB=84

36、kg/mm，鎘的添加可以改善耐電腐蝕性。當(dāng)然，也有報(bào)導(dǎo)說，在這種材料中石墨顆粒細(xì)化是具有負(fù)作用的。 402-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類 4AgMeO 系列電觸頭材料 在不否認(rèn)其他電工觸頭材料的價(jià)值這一前提下，必需指出，Ag-CdO 構(gòu)成的觸頭在觸頭應(yīng)用領(lǐng)域中占有很大比例：接觸器和磁起動(dòng)器、中等和重載工作制的繼電器、自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)器、無軌電車和電力機(jī)車的控制器、終端開關(guān)、日用電器等等。 如前所述，這種材料的使用已有50 多年的歷史，到目前為止研究仍在繼續(xù)，以期對(duì)其使用特性進(jìn)行進(jìn)一步完善和深入的研究。412-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類 根據(jù)目前的觀點(diǎn)，在電觸頭中應(yīng)用CdO 可以產(chǎn)生多方面的作用： 1

37、） CdO 顆粒彌散強(qiáng)化可以改善機(jī)械特性，CdO 顆粒在陰極斑的熔池中的存在可增加熔融物的粘性，以減少噴濺； 2） CdO 的分解導(dǎo)致基體上的熱負(fù)荷下降，同時(shí)導(dǎo)致電弧穩(wěn)定性及其溫度的下降； 3） CdO 的蒸發(fā)和分解產(chǎn)生大量氣體，氣體可以吹散電弧，使電弧在觸頭上移動(dòng)，熱能得以分散(吹除效應(yīng))。 此外，CdO 具有高揮發(fā)性和低電阻值(0.01-0.5.cm)，因而在觸頭表面不會(huì)造成導(dǎo)電性較差的膜層，從而保持接觸電阻低且穩(wěn)定。422-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類 在某種程度上，唯一的可以同CdO 相競(jìng)爭的氧化物是氧化錫SnO2。添加12%SnO2 或SnO2+In2O3（Bi2O3， WO3， Mo

38、O3)的觸頭問世已很久，這種觸頭符合生態(tài)要求，因而對(duì)它的研究仍在不斷地深入(通常與AgCdO 對(duì)比研究)。 根據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)道，AgSnO2 具有良好的耐電腐蝕特性，雖然有許多研究結(jié)果還相互矛盾，但在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它已完全可以代替含鎘材料。 在研究和分析的基礎(chǔ)上，銀氧化物的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋篈gCdO：50-3000A，AgZnO：30005000A，AgSnO2：5003000A。因此，含有氧化錫的觸頭的有效工作范圍為電流在500A 以上，實(shí)際上已超出中等電流的范圍。 432-3 電觸頭的工作狀態(tài)及分類2-4-1 對(duì)觸頭材料的基本要求 根據(jù)電觸頭工作方式的不同，對(duì)開關(guān)裝置上觸頭材料的要求，可按觸頭使

39、用性能的基本類別劃分為： 電物理性能、熱力學(xué)性能、機(jī)械性能和化學(xué)性能。 觸頭使用過程中的各種影響因素、反應(yīng)過程與材料物理化學(xué)特性之間相互關(guān)系的綜合表(表2.4)，說明了對(duì)觸頭材料的基本要求。442-4 對(duì)觸頭材料的基本要求及優(yōu)化設(shè)計(jì) 表2.4 電接觸的基本特征和電觸頭材料的物理化學(xué)特性（a）耐電腐蝕性4546（b）動(dòng)態(tài)、靜態(tài)熔焊傾向性47（c）熔焊結(jié)合強(qiáng)度（d）磨合性48（e）高耐磨性（f）接觸電阻 由上述對(duì)材料性質(zhì)的綜合要求可以看出，這些要求是多樣的， 而且是矛盾的。在一種材料中達(dá)到這些要求幾乎是不可能的。一些高熔點(diǎn)的金屬(鉬、鎢、鉭、錸)和石墨等可以部分地滿足這些要求。它們具有高的熱物理性

40、能，高的電子逸出功和電離能，它們的耐腐蝕性雖不高，但其氧化物是揮發(fā)的或?qū)щ姷摹?但是這些材料有不少缺點(diǎn)：它們的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力不足，塑性和抗熱性不高，因此在機(jī)械作用和熱作用下，由這些材料制備的觸頭會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。銀、金、鉑和把有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，良好的塑性和高抗腐蝕性，但它們的熱物理性能不高，而且沒有良好的耐電腐蝕性。 雖然相互排斥的性質(zhì)不能共存于一種材質(zhì)中，但可以在復(fù)合材料中將其結(jié)合在一起。對(duì)電工觸頭材料的性質(zhì)的多種多樣的要求，反映出影響觸頭使用的因素及觸頭表面物理化學(xué)過程的復(fù)雜性、多樣性，而且這些因素和過程又相互作用。 492-4 對(duì)觸頭材料的基本要求及優(yōu)化設(shè)計(jì)1-4-2 Ag-MeO

41、觸頭材料的優(yōu)化設(shè)計(jì) 根據(jù)前述討論，電弧燒損實(shí)質(zhì)上就是電弧能量對(duì)觸頭材料的熱-力作用，相應(yīng)地觸頭表面發(fā)生加熱、熔化、氣化、流動(dòng)、凝固等物理冶金過程。導(dǎo)致觸頭表面產(chǎn)生軟化、噴濺、流動(dòng)、裂紋等現(xiàn)象，提高觸頭電氣使用性能對(duì)材料來說，就是要求觸頭材料通過其組元和組織的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制備，延緩或減輕上述物理冶金過程的發(fā)生。1組元MeO 優(yōu)化設(shè)計(jì) 組元(MeO)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括下述內(nèi)容： 導(dǎo)熱率大；比熱（1 克物質(zhì)升高1 攝氏度所需要的熱量）大；比重接近Ag；熔點(diǎn)高；沸點(diǎn)高；相變潛熱大；膨脹系數(shù)接近Ag；導(dǎo)電率大；形狀因子大。 上述參數(shù)中，一般情況下膨脹系數(shù)與熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、相變潛熱的要求難以同時(shí)滿足。 502-4 對(duì)

42、觸頭材料的基本要求及優(yōu)化設(shè)計(jì)2組織的優(yōu)化設(shè)計(jì) 組織的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制備包括下述內(nèi)容： MeO 的粒度應(yīng)適度(應(yīng)可控制)；MeO 的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)適度；MeO 顆粒在Ag 基體中的分布狀況：均勻分布在Ag 基體中而不是在Ag 晶界上；孔隙大小愈小愈好；孔隙含量愈少愈好；孔隙在材料中的分布狀況為均勻分布在Ag 基體中最好；MeO 與Ag 界面結(jié)合強(qiáng)度為愈強(qiáng)愈好；MeO 與Ag 熔液的潤濕程度為潤濕角愈小愈好。3觸頭材料物理性能表征參數(shù) 表征其電氣使用性能的觸頭材料物理性能參數(shù)如下： 電阻率；導(dǎo)熱率；抗彎強(qiáng)度bb；金相組織(包括成分)；密度d。 512-4 對(duì)觸頭材料的基本要求及優(yōu)化設(shè)計(jì)銀基觸頭材料性能的優(yōu)

43、劣與制備工藝密切相關(guān)。制備工藝不同，其觸頭性能也不同。 觸頭材料制備工藝有改進(jìn)傳統(tǒng)的混粉-壓制-燒結(jié)工藝外，還采用了共沉淀制粉、霧化制粉、擴(kuò)散合金粉、預(yù)內(nèi)氧化、后內(nèi)氧化、冷等靜壓、熱鍛、擠壓、熔滲、活化燒結(jié)等。 主要工藝有四種，即：(1) 合金內(nèi)氧化工藝； (2) 粉末燒結(jié)法；(3) 預(yù)氧化合金粉末工藝； （4）粉末冶金工藝。522-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況2-5-1 合金內(nèi)氧化法 用合金內(nèi)氧化法制備 AgSnO2 材料時(shí)，由于Ag-Sn 合金中Sn 含量高(6%)時(shí)合金內(nèi)氧化有困難，因此，在Ag-Sn 合金中添加適量In，從而使內(nèi)氧化過程順利進(jìn)行。 一般內(nèi)氧化法是將Ag-Sn-In

44、合金軋成帶材，一面覆銀焊層，然后軋到要求厚度，將片材沖制成觸頭片。532-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況圖2.1 合金內(nèi)氧化法制造工藝流程圖54 國內(nèi)常規(guī)銀氧化鎘觸頭的制造工藝是內(nèi)氧化法，其基本工藝流程如下： 2-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況 用合金內(nèi)氧化法制備的銀金屬氧化物觸頭材料致密，氧化物質(zhì)點(diǎn)細(xì)小，耐電弧腐蝕，電壽命長，但制成的材料表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，中間有貧氧化物層，觸頭尺寸不夠精確，此外，這種生產(chǎn)工藝不適用于線材的生產(chǎn)。 最近，還有一種新的銀金屬氧化物系的觸頭材料燒結(jié)制造方法： 將含銀的原材料粉末成型、燒結(jié)、致密化加工后進(jìn)行高壓內(nèi)氧化，再將此高壓內(nèi)氧化體在比該高壓內(nèi)氧化氧氣分

45、壓低或?qū)嶋H上不含氧的氣氛中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度比該高壓內(nèi)氧化溫度高(400-9600C)，以此方法制得的銀金屬氧化物觸頭材料導(dǎo)電率高、抗熔焊性好、耐損蝕性優(yōu)良且接觸電阻穩(wěn)定。 552-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況2-5-2 粉末燒結(jié)法 目前，在銀基電觸頭材料的制造工藝中，粉末燒結(jié)-擠壓工藝是趨勢(shì)。 用這種方法，可以制造Ag-石墨、Ag-Ni (Ni 含量小于30%)， Ag- SnO2， Ag-CdO，Ag-ZnO 等材料。 它們是當(dāng)前低壓電器中應(yīng)用最廣、性能較好的觸頭材料。 以制造銀氧化錫為例，工藝流程圖如圖2.1所示。 56圖2.1 合金內(nèi)氧化法制造工藝流程圖2-5 銀基觸頭材料制備

46、工藝發(fā)展概況燒結(jié)-擠壓法的優(yōu)點(diǎn)有： (I) 擠壓后致密度高達(dá)99%，使材料的物理機(jī)械性能和耐電弧燒損等電性能大為提高； (2) 材料成分及質(zhì)量較其它方法易于控制，保證了產(chǎn)品性能的一致性； (3) 擠壓銀基觸頭材料中的第二組元錫成為纖維狀，當(dāng)纖維排列方向垂直于觸頭表面時(shí)可大大提高抗電弧磨蝕性。 缺點(diǎn)：主要是制備的觸頭材料密度較低，氧化質(zhì)點(diǎn)較粗大，耐電弧腐蝕較差。 以AgSnO2 為例，用粉末冶金法制成AgSnO2 材料塑性和延性很差，不易制成鉚釘或片材這類需要大變形的產(chǎn)品，因而使產(chǎn)品受到限制。 最近，德國DODUCO 公司采用“反應(yīng)噴霧”法制造出新型AgSnO2 觸頭材料，它是將含有所需的粉末元

47、素的水溶液進(jìn)行熱分解，通過改變反應(yīng)參數(shù)，獲得所需的化合物粉末，然后將反應(yīng)噴霧法制造的SnO2粉末與Ag 粉末混合，經(jīng)冷壓、燒結(jié)、成型而成。這種方法改善了電氣運(yùn)行性能及機(jī)械加工性能，使AgSnO2 無毒材料的推廣應(yīng)用上了一個(gè)新的臺(tái)階。 572-5-3 預(yù)氧化合金粉末法 預(yù)氧化合金粉末法是近年來國外研究開發(fā)的一種新一代制造銀金屬氧化物觸頭材料的先進(jìn)工藝方法。 它是將粉末冶金法和合金內(nèi)氧化法兩種工藝相結(jié)合在一起的新工藝，可同時(shí)兼有粉末冶金法和合金內(nèi)氧化法兩種工藝的特點(diǎn)。 以制造AgSnO2 觸頭材料為例，它是將Ag-Sn 合金或Ag-Sn-In 合金熔化后霧化成細(xì)粉，先經(jīng)合金粉末內(nèi)氧化，然后用一般粉

48、末冶金方法進(jìn)行壓制、燒結(jié)、擠壓。582-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況 該方法制備的觸頭材料具有組織結(jié)構(gòu)均勻、金屬氧化物質(zhì)點(diǎn)細(xì)小(1)、無“貧金屬氧化物區(qū)”、耐電弧腐蝕、抗熔焊、電壽命長、塑性好、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)。 用這種工藝制備AgMeO 觸頭材料主要有三種方法，即固相擴(kuò)散法、電機(jī)械破碎法、霧化法。在三種方法中，霧化法由于工藝流程短、帶入雜質(zhì)較少而占一定優(yōu)勢(shì)。 目前，AgMeO 觸頭材料生產(chǎn)用的裝置已經(jīng)研制成功，但成本較高。592-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況2-5-4 粉末冶金方法 利用粉末冶金方法制造觸頭材料，因?yàn)樵摲椒軐⒒ゲ幌嗳艿膬煞N金屬，或金屬與氧化物，或金屬與非金屬氧化物

49、制成復(fù)合物，而且復(fù)合物中各成份可以按任意比例配合。 1、 粉末冶金原理 粉末冶金是制取金屬粉末，及采用成形和燒結(jié)工藝將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）制成材料和制品的工藝技術(shù)。 由于粉末冶金的工藝與陶瓷生產(chǎn)工藝在形式上有些相似，所以這種工藝方法又稱為金屬陶瓷法。602-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況粉末冶金共有的基本工序是： （1）原料粉末的制取和準(zhǔn)備（粉末可以是純金屬或它的合金、非金屬、金屬與非金屬的化合物以及其它各種化合物）； （2）將粉末成形成為所需形狀的坯塊； （3）坯塊的燒結(jié)。 燒結(jié)在物料主要元素熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行，以使材料和制品具有最終的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。燒結(jié)后的坯

50、塊，根據(jù)產(chǎn)品的不同要求，可以進(jìn)行不同的燒結(jié)后處理，精整、浸油、機(jī)加工、熱處理、電鍍等。 此外，對(duì)于燒結(jié)后的材料還可以進(jìn)行扎制、鍛造等。612-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況圖2.2 粉末冶金工藝主要階段示意圖62粉末冶金幾個(gè)主要階段的示意圖如圖2.2 所示。2-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況2-2-1 粉末的制取 粉末冶金制品的生產(chǎn)工藝流程是從制取原料粉末開始的。 這些粉末可以是純金屬，也可以是化合物。制取粉末的方法很多，采用各種制粉方法的原因不只是由于技術(shù)上有可能用這些方法，而且還由于粉末及其制品質(zhì)量在很大程度上取決于制粉的方法。因?yàn)椋品鄯椒梢詻Q定粉末的顆粒大小、形狀、密度、化學(xué)成分

51、、壓制性、燒結(jié)性等。 在生產(chǎn)粉末冶金制品時(shí)，粉末制取方法的選擇主要決定于以下兩個(gè)因素：最低的成本和粉末的性能。因?yàn)椋芊裰迫∫欢ǖ奈锢?、化學(xué)、力學(xué)性能和其它特殊性能的制品，要取決于粉末的性能。 金屬粉末的制取方法可分成兩大類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。 機(jī)械法是將原材料機(jī)械地粉碎，而化學(xué)成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程。物理化學(xué)法是借助化學(xué)的或物理的作用，改變?cè)牧系幕瘜W(xué)成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末的工藝過程。631、還原法 用還原劑還原金屬氧化物及鹽類來生產(chǎn)金屬粉末，是一種廣泛采用的制粉方法。還原劑可呈固體、氣態(tài)及液態(tài)；被還原的物料也可以采用固體、氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)。工藝上所說的還原是指：通過另一種物質(zhì)還原

52、劑，奪取氧化物或鹽類中的氧（或酸根）而使其轉(zhuǎn)變?yōu)樵鼗虻蛢r(jià)氧化物（低價(jià)鹽）的過程。2、氣相沉積法 氣相沉積法用于粉末冶金中的以下幾種方式：（1）金屬蒸汽冷凝，這種方法主要用于制取具有大蒸汽壓的金屬粉末。這些金屬的特點(diǎn)是具有較低的熔點(diǎn)和較高的揮發(fā)性，如果將這些金屬蒸汽在冷卻面上冷凝下來，便可形成很細(xì)的球狀粉末。（2）羰基物熱離解。（3）氣相還原，包括氣相氫還原和氣相金屬還原。（4）化學(xué)氣相沉積。3、液相沉淀法 有以下幾種方式：（1） 金屬置換法；（2） 溶液氣體還原法，主要是溶液氫還原；（3） 從熔鹽中沉淀法；（4） 輔助金屬浴法644、電解法 電解法在粉末生產(chǎn)中具有重要作用，其生產(chǎn)規(guī)模在物理化

53、學(xué)生產(chǎn)方法中僅次于還原法。但是，電解法耗電較多，一般說來，電解粉末的成本比還原粉末、霧化粉末的要高。 因此，在粉末生產(chǎn)量中，電解粉末所占的比重是較小的。電解制粉可分為：水溶液電解、有機(jī)電解質(zhì)電解、熔鹽電解等。用的較多的是水溶液電解、熔鹽電解，而熔鹽電解主要用于制取一些稀有難熔金屬粉末。5、霧化法 霧化法可簡單地定義為：將液體破碎成為細(xì)小的液滴，其大小一般約小于150 微米。 霧化法屬于物理制粉法，是直接擊碎液體金屬或合金而制得粉末的方法，生產(chǎn)規(guī)模僅次于還原法?？梢杂脕碇迫b、Sn、Al、Zn、Cu、Ni、Fe 等金屬粉末，也可以制取黃銅、青銅、合金鋼、高速鋼、不銹鋼以及高溫合金等予合金粉末。

54、 制造過濾器用的青銅粉、不銹鋼粉、鎳粉等球形粉末，目前幾乎都是采用霧化法生產(chǎn)的。 656、機(jī)械粉碎法 固態(tài)金屬的機(jī)械粉碎，既是一種獨(dú)立的制粉方法，又常作為某些制粉方法不可缺少的補(bǔ)充工序。無論是硬而脆，或是軟而韌的材料，對(duì)粉末冶金來說，主要關(guān)心的和有重要經(jīng)濟(jì)意義的是材料的研磨。氧化物還原的海綿塊，霧化粉末或電解粉末的二次研磨，是最普遍的應(yīng)用。 機(jī)械粉碎是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬或合金機(jī)械地粉碎成粉末的。根據(jù)物料粉碎的最終程度，基本上可以分為粗碎和細(xì)碎兩類；以壓碎作用為主的有碾碎、輥扎以及顎式破碎等；以擊碎作用為主的有錘磨；屬于擊碎和磨削等多方面作用的有球磨、棒磨等。雖然所有的金屬和合

55、金都可以被機(jī)械的粉碎，但實(shí)踐表明，機(jī)械研磨比較適用于脆性材料。研磨塑性金屬和合金制取粉末的有渦旋研磨、冷氣流粉碎等。 將多元粉末混合是粉末壓形前的重要工序之一，混合料質(zhì)量的好壞不僅影響壓制過程和壓坯質(zhì)量，而且會(huì)嚴(yán)重地影響燒結(jié)過程的進(jìn)行和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。662-2-2 成形 成形的目的是將松散的粉末體加工成為具有一定形狀和尺寸大小，以及具有一定密度和強(qiáng)度的坯塊。雖然在通常情況下，粉末成形的坯塊并不是粉末冶金的最終產(chǎn)品，但是粉末冶金制品所具有的形狀、大小以及制品性能卻與粉末冶金成形有著極大的關(guān)系。所以粉末成形是粉末冶金中的一個(gè)重要問題。成形工藝的發(fā)展，為粉末冶金的應(yīng)用展示了廣闊的前景。 粉末原來由

56、于產(chǎn)品最終性能的需要或者成形過程的要求，在壓制前要經(jīng)過一些預(yù)處理。同時(shí)粉末極少以一種粉末來應(yīng)用，在多數(shù)情況下都是應(yīng)用金屬與金屬或非金屬粉末的混合物。因而在壓制前必須進(jìn)行一定的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作的重要意義在于，在大多數(shù)的情況下，壓制和燒結(jié)的廢品都是由于粉末準(zhǔn)備工作的工藝規(guī)程被破壞引起的。 準(zhǔn)備工作的內(nèi)容包括：粉末退火、篩分、混合、加成形劑、制粒等。粉末受壓后要發(fā)生位移和變形，在壓制過程中，隨著壓力的增加，壓坯的相對(duì)密度出現(xiàn)有規(guī)律的變化。 672-2-3 燒結(jié) 燒結(jié)在粉末冶金工藝中是一個(gè)非常重要的工序，它對(duì)粉末冶金制品和材料的最終性能有著決定性的影響。 燒結(jié)是粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的

57、加熱處理，燒結(jié)的結(jié)果是顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)度加強(qiáng)，密度增大，導(dǎo)電性提高。銀-金屬氧化物的燒結(jié)屬于互不相溶系多組元的固相燒結(jié)，所以最高燒結(jié)溫度應(yīng)低于Ag 的熔點(diǎn)（960C）。利用箱式電阻爐對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)，最終燒結(jié)溫度為800-920。 粉末體的燒結(jié)過程是十分復(fù)雜的，多年來從事燒結(jié)理論的研究者還不能滿意地解釋整個(gè)燒結(jié)過程。682-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況2-2-4 復(fù)壓 利用粉末冶金法生產(chǎn)的觸頭材料，通常要求在接近致密狀態(tài)下使用。因此，在固相燒結(jié)后，一般需要采用復(fù)壓、熱壓、燒結(jié)鍛造等補(bǔ)充致密化工藝，以進(jìn)一步提高密度和性能。692-5 銀基觸頭材料制備工藝發(fā)展概況 “稀土”一詞源于芬

58、蘭化學(xué)家John gadolin。 1787 年，瑞典軍人阿倫尼烏斯從斯德哥爾摩附近伊脫比的一位礦工工頭手里得到了一塊形似瀝青的重質(zhì)礦石，這塊稀有的礦石后來輾轉(zhuǎn)落到John gadolin 手里。 1794 年，他從中分離出一種白色物質(zhì)，經(jīng)分析證明含有一種新的“元素”（釔土，即Y2O3），因?yàn)榈V石極為稀有，把它叫做“稀土”。 后約定俗成，“稀土”一詞作為歷史遺留下來的名稱，代表著一類元素，一直沿用至今。自1787 年發(fā)現(xiàn)釔土，1803 年發(fā)現(xiàn)鈰，1839 年由鈰中分離出鑭，直到1947 年從鈾的裂變產(chǎn)物中獲得最后一個(gè)稀土元素钷，經(jīng)歷了近兩個(gè)世紀(jì)。 稀土元素是指周期表中IIIB 族中的鑭系元素以及鈧和釔共17 個(gè)元素的統(tǒng)稱。這17 個(gè)元素是鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥。702-6 稀土元素的發(fā)展概況 稀土和稀土產(chǎn)品的生產(chǎn)大約開始于1885 年。 1886 年德國發(fā)明硝酸釷-稀土白熾燈罩并獲得專利權(quán)，用二氧化釷制造燈網(wǎng)，可達(dá)到很大的亮度。 1903 年發(fā)