[发明专利]一种银-金属氧化物复合材料及其制备方法和作为电触头材料的应用

说明书

本发明公开了一种银‑金属氧化物复合材料的制备方法，先用粉末冶金法制备出银‑金属氧化物烧结坯，再将烧结坯采用挤压在线淬火工艺制备成银‑金属氧化物材料。采用本发明制得的银‑金属氧化物材料，其氧化物颗粒弥散分布在银基体上，组织均匀；具有优良的抗熔焊性、好的耐电弧侵蚀性和低而稳定的接触电阻，易焊接且对人体和环境无危害，适于工业化生产，可替代有毒的银‑氧化镉电触头。

技术领域

本发明属于电功能材料领域，是一种银基复合材料的制造方法。

技术背景

电触头是继电器、低压断路器和接触器等电气设备重要的组成部分，它负责在电气系统工作时保持电路的合闸和断路功能、承受负载电流，它的性能直接影响着电气设备的可靠性、稳定性以及使用寿命。电接触材料在工作过程中会发生一系列的物理和化学反应，因此对性能的要求较为苛刻。理想的电接触材料需要具备良好的抗熔焊性、抗电弧侵蚀性、耐电磨损、低而稳定的接触电阻，根据实际的生产使用，电接触材料需要一定的机械加工性能。纯银具有优良的电导率、机械加工性以及低而稳定的接触电阻，这些使得银金属作为电接触材料的基体被广泛应用。银-金属氧化物(Ag-MeO)电触材料不但保留了纯银的优良特性，而且还具有良好的抗熔焊、耐磨损等接触材料所需求的性能。在工业界享有“万能触点”美誉的银氧化镉(Ag-CdO)电触头材料，已被证实对人体健康和自然环境的危害极大，其使用已引起世界范围的高度关注。国际上通行的欧盟WEEH与RoHS环保指令，及我国、美国、日本近年来纷纷开启的绿色采购清单环保标准，对电子电器产品的清洁无害化提出了越来越高的要求。无镉环保型替代电触头材料的研发刻不容缓，并开始受到国内外学术界与产业界普遍重视。研究开发综合性能优异且环保的电触头材料，不但契合“中国制造2025”这一国家重大战略需求，而且符合国家与国际的环保标准要求。因此，开发能够替代Ag-CdO电触头的新型Ag-MeO电触头材料，并进一步提高材料的综合性能是中低压电触头材料发展的重要趋势。但无镉的新型Ag-SnO₂，Ag-ZnO等Ag-MeO电触头材料普遍存在氧化物颗粒分布不够均匀、且与银基体界面不润湿、难加工和接触电阻高等问题。所以研究新的高效、低成本制备工艺十分必要。

触头材料的制备工艺及添加剂的选择，是提高基体Ag与MeO界面结合质量的重要因素，也是决定材料电接触性能的关键因素。第一性原理计算结果表明，不同制备工艺条件下获得的SnO₂颗粒界面结构不同，界面性质也不同，富Sn表面的SnO₂颗粒与Ag基体间的润湿性较差，而富O表面的SnO₂颗粒与Ag基体间的润湿性相对较好。而且不同工艺制备的Ag-SnO₂材料的电弧侵蚀行为不同，电弧侵蚀机理也不同。因此，通过改进制备工艺，可以改善Ag-MeO界面结合质量和材料的电弧侵蚀性能。目前，Ag-MeO触头材料目前的制造方法主要有合金内氧化法和粉末冶金法。合金内氧化法制备的Ag-MeO材料，氧化物颗粒细小、弥散分布，强度、密度、硬度高，耐电弧侵蚀、电寿命长、工艺简单、成本低，但是会产生贫氧化区，材料塑性和加工性差。传统粉末冶金法是将银粉和金属氧化物粉混合，再成型，烧结、复压、复烧、挤压、多道次离线退火和拉拔。采用粉末冶金工艺制备Ag-MeO触头材料可以避免贫氧化区的出现。但此工艺要求原料粉末非常细才能获得均匀的组织，而过于细小的粉末容易团聚，难以均匀混合，且制备粒度小于5μm的原材料粉末较为困难。同时在挤压过程中，由于材料芯部和边缘的变形程度不一致，同时材料芯部和边缘的冷却速度也不一致，导致挤压后材料芯部和边缘的组织分布不均匀，因此该工艺也具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于解决Ag-MeO材料在挤压过程中由于材料芯部和边缘变形程度不一致而造成的芯部和边缘组织分布不均匀、后续加工困难以及生产流程长的难题，并且使氧化物颗粒弥散分布在银基体上，同时保证弥散的氧化物和银基体之间结合牢固，提高产品的综合性能，缩短生产流程，降低生产成本。

本发明第二目的在于，提供一种所述制备方法制得的Ag-MeO材料及其用作电触头材料中的应用。