新型AgNiSnO-,2-材料的制備與性能研究.pdf

1、AgCdO材料由于其優(yōu)良的抗電弧侵蝕性能，被稱為“萬能觸頭材料”。但是由于Cd有毒，所以開發(fā)環(huán)保型電性能優(yōu)良的觸頭材料具有重要的應(yīng)用前景。AgSnO<,2>與AgNi是兩類目前研究較多的觸頭材料。由于兩者在電性能以及力學(xué)性能上有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，所以本文將兩者進(jìn)行復(fù)合，研究一種新型的觸頭材料AgNiSnO<,2>。 本文首先基于電觸頭研究中大多從電氣性能出發(fā)，缺乏材料角度理論指導(dǎo)的現(xiàn)狀，綜述了基體材料、第二相、添加劑、材料缺陷等各種

2、因素對觸頭材料電性能的影響，同時(shí)結(jié)合本文課題，綜述了AgSnO<,2>以及AgNi兩種具體材料的性能特點(diǎn)。其次，由于AgNiSnO<,2>這種材料尚沒有相關(guān)科研人員研究，所以詳細(xì)探討了其用粉末冶金法制備的燒結(jié)工藝，確定了本實(shí)驗(yàn)中成型壓力、燒結(jié)溫度、燒結(jié)氣氛等參數(shù)以及是否采用分段燒結(jié)以及化學(xué)鍍工藝。第三，作者注意到Ni粉的規(guī)格，例如粒度、形貌、含量會對復(fù)合材料的燒結(jié)、燒熔組織與性能產(chǎn)生影響，所以探討了三種不同規(guī)格的Ni粉的影響。最后，基于

3、觸頭燒結(jié)體后續(xù)的加工過程復(fù)雜的現(xiàn)狀，進(jìn)行了一系列的理論分析，使用實(shí)驗(yàn)室得到的觸頭燒結(jié)體電阻率以及燒熔組織形貌能夠用來預(yù)測接近理論密度線材的電阻率以及電弧侵蝕后的形貌。 對AgNiSnO<,2>的燒結(jié)工藝進(jìn)行了詳細(xì)地探討，研究表明：Ni粉的還原溫度選擇在350℃，在此溫度下，NiO完全被還原且樣品“結(jié)塊”效應(yīng)較弱。成型初壓壓力250MPa，成型復(fù)壓壓力500MPa，初燒溫度880℃，復(fù)燒溫度860℃下樣品的燒結(jié)組織與性能優(yōu)良。選用

4、含有H<,2>的燒結(jié)氣氛會將材料中SnO<,2>組分還原，所以實(shí)驗(yàn)中選用純N<,2>作為燒結(jié)氣氛。分段燒結(jié)的工藝可以提高樣品的致密度，AgNiSnO<,2>采用分段燒結(jié)工藝的樣品復(fù)燒后致密度比不采用此工藝的樣品高1％，不過此工藝對其燒結(jié)組織影響不大。采用包覆粉作為原料可以消除組織疏松現(xiàn)象，不過其對樣品復(fù)燒后的致密度影響不大。 Ni粉的形貌、粒度對材料燒結(jié)、燒熔組織與性能影響的實(shí)驗(yàn)表明：不規(guī)則形貌的Ni粉對樣品的初壓過程會產(chǎn)生一定

5、的阻礙作用，含樹枝狀Ni粉的樣品致密度比平滑Ni粉低3.5％；含粒度小Ni粉的樣品初燒致密化效果明顯，但是會降低復(fù)壓效果。不規(guī)則形貌的Ni粉極易發(fā)生顆粒之間的團(tuán)聚現(xiàn)象，團(tuán)聚體內(nèi)部以及四周會產(chǎn)生數(shù)量較多的孔隙，SnO<,2>除了分布在基體外，還分布于孔隙的周圍。在對樣品燒熔后發(fā)現(xiàn)，表面發(fā)生“鼓出”現(xiàn)象，平滑粉“鼓出”現(xiàn)象最為明顯。同時(shí)三種含Ni樣品燒熔后底部均沒有大塊“富Ag區(qū)”的出現(xiàn)，其中含針狀Ni粉的樣品底部形貌最好，分析為Ni針狀的

6、形貌會對液Ag的向下流動(dòng)產(chǎn)生阻礙，同時(shí)其粒度較小，增加了熔池粘度。此外還探討了Ni含量的影響，認(rèn)為Ni與SnO<,2>各為6％時(shí)，復(fù)合材料的燒結(jié)、燒熔組織與性能最好。電阻率是觸頭材料電學(xué)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，而抗電弧侵蝕能力決定了觸頭材料的電壽命，所以兩者的研究極其重要。由于觸頭材料燒結(jié)體后續(xù)的壓力加工過程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，因此用實(shí)驗(yàn)室得到的較低致密度下燒結(jié)體的電阻率以及燒熔組織形貌來預(yù)測經(jīng)過壓力加工后的接近理論密度線材的電阻率以及電弧

7、侵蝕后的形貌，具有較大的意義。在預(yù)測線材電阻率時(shí)，運(yùn)用了文獻(xiàn)中的公式，進(jìn)行了一系列的理論分析。在對理論密度的AgSnO<,2>電阻率計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，公式計(jì)算值比文獻(xiàn)實(shí)測值小4.5％-9.1％。用公式對AgSnO<,2>(6)不同致密度下的電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到其電阻率為2.01μΩ·cm，在用公式計(jì)算得到的數(shù)值為1.83μΩ·cm，兩者差9.0％，在4.5％-9.1％內(nèi)，認(rèn)為2.01μΩ·cm這個(gè)數(shù)據(jù)可以作為本實(shí)驗(yàn)中AgSnO<,2>(6)

8、致密度為99％的線材的電阻率。在詳細(xì)分析了燒熔與電弧侵蝕工作環(huán)境的不同以及兩者實(shí)驗(yàn)前不同致密度下材料組織的不同后認(rèn)為，電弧侵蝕后“富Ag區(qū)”的尺寸比燒熔后“富Ag區(qū)”的尺寸小，分析為電弧侵蝕前材料第二相(第三相)在基體中分布較復(fù)燒后均勻、致密，其阻礙液Ag流動(dòng)的能力更強(qiáng)。同時(shí)，對于Ag-SnO<,2>的“分層”現(xiàn)象，在電弧侵蝕后組織與燒熔后組織體現(xiàn)的效果是相同的。這是因?yàn)椤胺謱印爆F(xiàn)象與Ag與SnO<,2>的密度差異以及兩者的潤濕性有關(guān)，