[发明专利]一种抗材料转移性能优异的AgZrB2

说明书

本发明公开了一种抗材料转移性能优异的AgZrB₂‑Gr触头材料及其制备方法，由以下组分组成：Ag 88.5～97.95wt.％；ZrB₂ 2.0～10.0wt.％；Gr 0.05～1.5wt.％；该制备方法为：按照AgZrB₂‑Gr触头材料的成分配比计算所需Ag粉、Gr粉和ZrB₂粉用量，称取备用；将称量好的ZrB₂、Gr粉末在行星式球磨机中混粉；向行星式球磨机中再加入称量好的Ag粉继续混粉，并加入过程控制剂和分散剂；将球磨后的粉末在三维振动混粉机上再次混粉；将混合后的粉末置于放电等离子烧结炉中烧结，随后炉冷到室温，即可得到AgZrB₂‑Gr触头材料。具有抗材料转移性能，同时具备优良的抗侵蚀性和抗熔焊性等电气性能。

技术领域

本发明属于银基电触头材料技术领域，涉及一种抗材料转移性能优异的AgZrB₂-Gr触头材料，以及该AgZrB₂-Gr触头材料的制备方法。

背景技术

电触头作为接触器、断路器、继电器、仪器仪表、限流开关、电机保护器、微型开关、漏电保护开关、汽车电器等开关电器的核心部件，主要担负着接通、断开电路及负载电流的任务，其性能好坏直接影响电气系统运行的可靠性和稳定性及使用寿命。因此，要求电触头材料具有良好的导电及导热性、优越的分断性、抗熔焊性、耐电磨损性、低且稳定的接触电阻、良好的抗氧化性、耐腐蚀性、化学稳定性、力学性能以及机械加工性。传统的AgCdO触头材料耐电弧侵蚀性好，抗熔焊性优良，接触电阻低且稳定，但由于镉毒对人体健康和生态环境的影响，限制了其广泛应用。虽然AgSnO₂触头材料性能与AgCdO触头材料相当，但是在服役过程中Ag和SnO₂之间差的的润湿性易导致在服役过程中产生两相分离，在触头表面形成不导电陶瓷SnO₂颗粒的聚集，进而引起接触电阻增大和表面温度升高，严重影响电器的稳定性和使用寿命。由于硼化物同时拥有金属键和共价键，具有陶瓷和金属的双重性，硼化物陶瓷具有高硬度、高模量、良好的导热导电性以及高的化学稳定性等优异的综合特性，因此成为银基触头材料理想的增强相。与TiB₂陶瓷相比，ZrB₂具有更高的熔点(ZrB₂：3040℃，TiB₂：2900℃)、更大的密度(ZrB₂：6.09g/cm³，TiB₂：4.2g/cm³)、更低的电阻率(ZrB₂：8μΩ.cm，TiB₂：14.4μΩ.cm)、较小的热膨胀系数(ZrB₂：5.9×10^-6m/m.k，TiB₂：8.1×10^-6m/m.k)和更大的导热系数(ZrB₂：60J/m.s.k，TiB₂：25J/m.s.k)，且ZrB₂与Ag的润湿性更好等众多的优异性能。因此，ZrB₂和Ag基体之间与TiB₂和Ag基体之间相比具有更好的化学相容性、共存性和物理匹配性，有望制备出综合性能优异的银基触头材料，克服已有银基触头材料的不足。此外，由于石墨烯(Gr)具有优异的导热性(导热系数5300W.m^-1.K^-1)、电学性能(电子迁移率15000cm².V^-1.s^-1)及高的杨氏模量(1100GPa)、高断裂强度(130GB)，在Ag-ZrB₂触头材料中引入少量的石墨烯可进一步改善触头材料的性能。随着开关电器的小型化、大功率、长寿命和可靠性要求的不断提高，对触头材料的性能提出了越来越苛刻的要求。因此开发一种综合性能优异的AgZrB₂-Gr触头材料具有重要的工程意义和实用价值。

发明内容