CN1049998C - 碳化硅晶须增强银基触点材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化硅晶须增强银基触点材料制备方法。所述材料为银基中含有3-15%(重量百分比)的弥散SiC晶须。所述制备方法的技术特征是Ag包SiC晶须复合物的制备工艺，其过程包括将一定长径比的β-SiC晶须置入去离子水中用超声振动10分钟以上，加温至40℃以上并搅拌和超声振动，按配比滴入氨水络合至pH为10左右的0.1-2M硝酸银溶液和相应水合肼溶液而获得Ag包SiC晶须复合物，水洗至中性后干燥。

Description

碳化硅晶须增强银基触点材料及其制备方法

本发明涉及银基电触点材料及其制备方法。

银基复合材料作为电触点材料在低压电器领域已得到广泛应用。现有银基复合材料中的增强物有金属氧化物、碳化物、金属及石墨等，其形状均为颗粒状。由于这些增强物熔点高且化学性能稳定，使材料抗熔焊性能较好而耐电弧侵蚀性差、接触电阻高，难以满足实际需要。陶瓷晶须的问世，为增强物提供了新的选择，它们已在包括金属基复合材料在内的先进结构复合材料中得到成功的应用，但因制备工艺等原因尚未发现应用于触点材料。若通过适当方法实现晶须在银基体中均匀混杂分布并与银良好浸润，较颗粒增强物无疑会大幅度提高触点材料的综合性能。事实上，国外新近发展的烧结挤压法制备高性能触点材料就是短纤维增强效果的例证，但这种方法是通过挤压比大于150的深度挤压使增强颗粒纤维化。还有人尝试用镀层加热压制碳纤维增强银基触点材料亦取得较好效果。

本发明的目的是，提供一种碳化硅(SiC)晶须增强银基触点材料及其制备方法，由此获得具有优良性能的银基电触点材料，满足实际应用的需要。

本发明的技术方案之一是，所述SiC晶须增强银基触点材料的制备方法由制备Ag包覆SiC晶须复合物工艺和将所述复合物经压制成型、烧结、压力加工制成SiC晶须增强银基触点材料的粉末冶金工艺组成，其技术特点是，所述制备Ag包覆SiC晶须复合物的工艺过程是：

(1)、选取直径为0.1-2μm、长度30-100μm、密度3.19-3.30g/cm³、松装密度0.05-0.15g/cm³的β-SiC晶须；

(2)、按Ag-SiCw材料中SiC晶须的重量百分比含量为3-15％之配比将SiC晶须放入适量的去离子水或蒸馏水中；

(3)、以频率为10-40KHZ超声波振动10-60min；

(4)、加温至40-80℃并搅拌和保持超声波振动，同时按配比滴入用氨水络合至PH为9-11的0.1-2M的销酸银溶液和适当过量的水合肼或甲醛溶液，由此获得Ag包覆SiC晶须生合物。

(5)、水洗所述生成物至中性后干燥，获得Ag包覆SiC晶须复合物。

本发明的技术方案之二是，所述SiC晶须增强银基触点材料以银为基体金属，其技术特点是，在所述银基体金属中含有呈弥散分布且其重量百分比含量为3-15％的SiC晶须。

以下结合本发明的原理对本发明做出进一步说明。

低压电器对触点材料的主要功能要求包括良好的耐电弧侵蚀性和抗熔焊性以及低接触电阻。触点材料的失效过程取决于电弧与材料的交互作用。材料对电弧作用的响应包括材料的相变、流动、侵蚀及增强物在接触表面的富集。电弧高温使材料中的组元发生相变，如银可因此由固相变为液相甚至气相；洛伦兹力场的旋转部份和液池中温度梯度引起的表面张力梯度的共同作用造成液池中液态银的流动；液态金属的流速超过一定值时将使液池以小液滴形式形成喷溅，且开关动作时触点对之间的撞击也使金属液池飞溅，即造成侵蚀；侵蚀造成接触面导电相银含量的降低以及电磁力对液池流动的搅拌作用会使液池中的增强物颗粒向表面运动而形成接触面上增强物富集，进而导致接触电阻升高；这些机理已被大量实验所证实。

本发明认为，从利用金属基复合材料中高熔点增强物骨架的毛细管作用保持熔融银于骨架中不产生飞溅这一根本机制考虑，增强物的形貌、尺寸及其与银溶液润湿性决定触点材料耐电弧侵蚀这一主要性能。讫今为止，银基触点材料中的增强物均为颗粒状，而SiC晶须与之相比有不可多得的综合优势，包括：

1、相变。由于SiC熔点高达2688℃，电弧高温也不易使其发生相变。

2、流动。熔融银液池中由于有适量的SiC晶须，显然将大大降低银溶液的流速，使其不易以液滴形式喷溅。特别是在中、低电流强度等级的电器开关中，液池只在一很薄的表层上形成，某些大长径比的晶须将呈一端在固态银中而另一端在银熔池中的形态，这样进一步降低银熔液流速，减少其喷溅，因此使材料具有低接触电阻和耐电弧侵蚀性能。

3、增强物在接触表面富集。随着触点服役时间的延长，不可避免地造成银损耗而导致SiC晶须在接触面上富集。但由于SiC是一种半导体，有较好的导电性，亦不致于使触点接触电阻明显升高。

4、热稳定性。触点服役过程中不可避免地有温升。由于SiC晶须强度、模量极大，熔点很高，将明显提高触点材料的软化温度，这时对保证触点有良好的抗熔焊性能极为有利。

本发明所述制备方法中，超声振动可使SiC晶须分散均匀，在包覆银过程中引入超声能量可明显提高Ag与SiC晶须间的界面结合强度，同时保证Ag-SiCw复合粉有良好的烧结性能，这是因为复合粉颗粒之间的烧结为银与银之间的单相烧结；用此法可充分保证SiC晶须在触点材料中均匀弥散分布，亦能准确控制Ag-SiCw材料中SiC的含量，且用此法制备出的Ag-SiCw烧结体的冷、热塑性加工性能良好，可保证复压和热挤压的顺利进行，从而获得高密度的触点材料。

由以上可知，本发明首次用超声振动、搅拌并适当加温，用水合肼或甲醛还原AgNO₃制备高度分散、成分准确、界面结合力强的Ag包覆SiC晶须复合物，通过后续的粉末冶金加工工艺制备弥散效果极佳的Ag-SiCw触点材料；本发明有效发挥了SiC晶须的大长径比、导电、极高的强度、弹性模量、化学稳定性等综合性能，使得Ag-SiCw用作电触点具有低接触电阻和优异的耐磨性和抗熔焊性，可广泛应用于各种低压电器；本发明制备的触点材料塑性加工性能优良，易挤压、轧制成丝或板材；所有原料易得，工艺筒单、易行，成本低，适于工业化生产。本发明工艺还可应用到其它晶须增强银基触点材料中。

实施例：采用市购β-SiC晶须，性能参数有：熔点2688℃，直径0.1-1μm，长度30-110μm，密度3.19g/cm³，松装密度0.1g/cm³，抗拉强度3000-20000MPa，弹性模量390-700GPa。配制1 M浓度的AgNO₃溶液，用氨水络合，溶液PH值为10；配制1.7M的水合肼溶液，按SiC晶须在Ag-SiCw材料中的重量百分比5％称好SiC晶须重量后将其置入有适量去离子水(或蒸馏水)的容器中，将容器置于超声发生器上，充分振动10分钟，超声频率为22KHZ，然后边振动边搅拌，再同时注入AgNO₃溶液和水合肼溶液，经超声化学反应制得Ag包SiC晶须复合物，水洗至中性，干燥；将干燥后复合物置于钢模中，压制成型，得到密度为理论密度60-70％的坯料，再将坯料置于马弗炉中缓慢加热，加热速度为5℃/min，加热至880℃，保温2小时，然后以冷却速度为10℃/min进行缓慢冷却，至400℃出炉，将烧结体复压或热锻得到密度大于9.25g/cm³材料，其物理性能有，电阻率2.6-2.8μΩcm，布氏硬度900N/cm²，密度9.3-9.35g/cm³。还可将所述烧结体通过锻压、挤压、拉拨等压力加工方法加工成材。

Claims (2)

1、一种碳化硅晶须增强银基触点材料制备方法，由制备Ag包覆SiC晶须复合物工艺和将所述复合物经压制成型、烧结、压力加工制成SiC晶须增强银基触点材料的粉末冶金工艺组成，其特征是，所述制备Ag包覆SiC晶须复合物的工艺过程是：

(1)、选取直径为0.1-2μm、长度30-100μm、密度3.19-3.30g/cm³、松装密度0.05-0.15g/cm³的β-SiC晶须；

(2)、按Ag-SiCw材料中SiC晶须的重量百分比含量为3-15％之配比将SiC晶须放入适量的去离子水或蒸馏水中；

(3)、以频率为10-40KHz超声波振动10-60min；

(4)、加温至40-80℃并搅拌和保持超声波振动，同时按配比滴入用氨水络合至PH为9-11的0.1-2M的销酸银溶液和适当过量的水合肼或甲醛，由此获得Ag包覆SiC晶须生合物。

(5)、水洗所述生成物至中性后干燥，获得Ag包覆SiC晶须复合物。

2、一种碳化硅晶须增强银基触点材料，以银为基体金属，其特征是，在所述银基体金属中含有呈弥散分布且重量百分比含量为3-15％的SiC晶须。