Ag-SnO-,2-觸點(diǎn)材料制備及其相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、本論文是國(guó)家軍工配套項(xiàng)目“大電流繼電器觸點(diǎn)材料研究”的一部分并得到了云南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“計(jì)算材料學(xué)與材料的計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用”的支持。論文以Ag-SnO2電觸點(diǎn)材料制備為研究對(duì)象，采用宏觀性能與微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)比分析的研究方法，以金相觀察、掃描電鏡、能譜分析等為手段，系統(tǒng)地進(jìn)行了高能球磨制備Ag-SnO2復(fù)合粉體研究、Ag-SnO2復(fù)合粉體致密化研究、Ag-SnO2觸點(diǎn)材料塑性加工變形研究、SnO2顆粒尺寸及分布對(duì)Ag-SnO2觸點(diǎn)材

2、料力學(xué)、電學(xué)性能的影響。主要結(jié)論如下： (1)Ag-SnO2觸點(diǎn)材料具有高硬度，加工硬化率高，變形抗力大，延伸率低等特點(diǎn)。由于SnO2顆粒密度較低，體積比大，加之SnO2顆粒較細(xì)，顆粒強(qiáng)化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相同重量比的其它Ag基金屬氧化物材料。 (2)高能球磨對(duì)Ag-SnO2粉體中的SnO2顆粒具有強(qiáng)烈的破碎作用和分散作用，破碎作用在球磨開始的十分鐘內(nèi)效果較為明顯，球磨時(shí)間越長(zhǎng)，顆粒在基體中的分散作用愈顯著，分布也越均勻，加工

3、性能相應(yīng)提高。本實(shí)驗(yàn)的最佳制粉工藝為：球料比：10:1；滑塊直徑：25mm；球磨時(shí)間：30分鐘。 (3)Ag-SnO2觸點(diǎn)材料宏觀力學(xué)性能和電學(xué)性能與高能球磨工藝密切相關(guān)，隨著高能球磨時(shí)間增加，SnO2顆粒變細(xì)，其強(qiáng)度和硬度上升，延伸率下降。當(dāng)SnO2顆粒尺寸小于<5μm時(shí)，觸點(diǎn)電性能滿足要求。 (4)Ag-SnO2復(fù)合粉體最佳壓制成形工藝為采用有機(jī)潤(rùn)滑劑為模壁潤(rùn)滑劑，壓制力為30MPa，保壓時(shí)間為5分鐘；Ag-SnO2

4、復(fù)合粉體最佳燒結(jié)工藝為壓制成形壓坯隨爐分二段升溫，第一階段室溫快速升溫至650℃，保溫30分鐘，第二階段再快速升溫至900℃，保溫5小時(shí)，該材料在燒結(jié)過程中，Ag與SnO2不發(fā)生反應(yīng)，僅依靠Ag粉末的結(jié)合、結(jié)晶使材料密度、強(qiáng)度提高。 (5)Ag-SnO2復(fù)合顆粒致密化過程中，密實(shí)初期首先進(jìn)行團(tuán)聚大顆粒破碎，然后通過流動(dòng)來充填尺寸大的顆粒之間的孔隙并向銀顆粒粉體傳遞壓力，迫使銀顆粒粉體轉(zhuǎn)動(dòng)、重排；密實(shí)中期，充填后的氧化錫顆粒粉體在

5、局部高壓的作用下黏附并焊合到銀顆粒表面，銀顆粒會(huì)產(chǎn)生塑性變形，由球形變成多邊形，逐漸填充空隙；密實(shí)后期，當(dāng)局部壓力大于氧化錫顆粒的承受強(qiáng)度時(shí)，氧化錫顆粒發(fā)生斷裂，然后碎塊又會(huì)產(chǎn)生重排，或與其自身產(chǎn)生焊合，使之更加密實(shí)。 (6)研究了單組分粉末和多組元粉體的壓制規(guī)律，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與壓制本構(gòu)方程的驗(yàn)證，得出Ag-SnO2粉末體系的壓制符合以下壓制方程式：計(jì)算了式中各方程系數(shù)并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，方程預(yù)測(cè)精度較高。 (7)Ag-S

6、nO2觸點(diǎn)材料合適的擠壓工藝為擠壓溫度800℃、擠壓線坯直徑Ф8mm、擠壓比為100，擠壓次數(shù)為三次；采用熱模拉絲法可以順利完成Ф8.0-Ф1.5mm的熱模拉絲過程，道次變形量為5％；Ф1.5mm以下可以實(shí)現(xiàn)冷拉絲，道次變形量也為5％。 (8)Ag-SnO2觸點(diǎn)材料加工變形過程主要是在富Ag區(qū)域進(jìn)行，SnO2沒有被切割、變形的現(xiàn)象，只起到阻礙變形、強(qiáng)化材料的作用。 Ag-SnO2觸點(diǎn)材料斷裂裂紋的形成主要有2個(gè)途徑，一是

7、表面產(chǎn)生缺陷，然后由表面沿著內(nèi)部富Ag區(qū)擴(kuò)展，直至斷裂；另一途徑是材料內(nèi)部氧化錫富集區(qū)域變形困難，在較大的變形過程中，產(chǎn)生撕裂，形成裂紋源。 (9)通過多次擠壓成型的線坯在拉絲過程中塑性得到改善，在相同的工藝條件下，斷絲現(xiàn)象明顯下降。通過對(duì)微觀組織的觀察發(fā)現(xiàn)：多次擠壓后第二相粒子SnO2的尺寸沒有明顯變化，但對(duì)其分布產(chǎn)生了較大的影響，多次擠壓后能夠使帶狀組織消失，減少了顆粒結(jié)集，第二相粒子分布變得更加均勻。在隨后的拉絲變形過程中

8、，避免了不均勻變形造成的二相顆粒集結(jié)區(qū)內(nèi)應(yīng)力增大和內(nèi)裂紋導(dǎo)致的整體材料塑性變形性能下降的問題。 (10)Ag-SnO2材料電壽命實(shí)驗(yàn)過程中，熔融狀態(tài)的Ag能溶解空氣中的O2，溶解量可超過其體積20倍。隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，AgSnO2觸點(diǎn)表面的成分變化趨勢(shì)為Ag元素含量不斷增加，SnO2含量不斷降低。AgSnO2電接觸材料經(jīng)過電壽命實(shí)驗(yàn)后觸點(diǎn)表面出現(xiàn)Ag富集區(qū)、SnO2富集區(qū)、孔洞和氣孔、裂紋等幾種特征性直流電侵蝕形貌。