CN106158436A - 银基电触头及其制造方法、专用设备、专用模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银基电触头,含银100‑110份,二氧化锡6‑8份,二氧化钛5‑7份,三氧化二锑2‑3份,具有能替代AgCdO电触头材料、具有耐电磨损、抗熔焊性和接触电阻低而稳定等优点;本发明还公开了其制造方法、专用设备、专用模具,其中制造方法包括准备、氧化、装模、烧结、抛光等工序,专用设备包括炉体、真空系统、加热系统、紫外线系统、加氧系统、搅拌系统,专用模具包括底模、顶模、压模块,因为采用了专用设备、专用模具,本发明的银基电触头的制造方法具有制造过程简单、氧化完全、弥散均匀、一次烧结成型的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备行业,尤其涉及一种银基电触头及其制造方法、专用设备、专用模具。
背景技术
电触头亦称触头或接点,在高、低压电器中起着接通、分断、导流和隔离电流的作用,是高低压电器的关键元件之一。其性能的好坏直接影响开关电器容量、寿命及可靠性。早期的电触头多采用纯银,但银的硬度不高,抗熔焊性和耐磨性差,并且电寿命低。银基金属氧化物(AgMeO) 触头材料是指弥散的金属氧化物颗粒分布在银基体中的一种材料,具有较好的导电性、抗熔焊性、耐电磨损和使用寿命;在低压电器中有广泛的应用前景。最早出现的AgMeO 电触头材料是AgCdO 材料,由于其具有耐电弧、抗熔焊、耐机械磨损、耐腐蚀、稳定性好,以及接触电阻低、良好的加工性和可焊性等众多优点,被称为“万能触头”,在20世纪七八十年代曾广泛应用于中等功率的电器中。但由于其在制备与使用过程中的毒性问题被欧盟等发达国家限制使用,这就促使人们来开发无Cd的AgMeO电触头材料。目前,主要研究的无Cd的AgMeO电触头材料有AgSnO2、AgZnO、AgNi、AgCuO等,但这些AgMeO电触头材料的性能均不能完全达到AgCdO电触头材料那样的使用要求;市场急切需要综合性能优异的能够完全替代AgCdO电触头的银金属氧化物材料。经过人们对不同AgMeO电触头材料制备方法与性能的研究发现,无论采用哪种制备方法,靠单一的金属氧化物来增强银基电触头材料,是不能够完全替代代AgCdO电触头,需要开发复相金属氧化物增强的银基电触头材料,才能够满足市场对无毒AgMeO电触头材料综合性能的要求。传统的银基电触头的制造方法中,常用的有内氧化法、粉末烧结法、预氧化合金粉末法。很多是采用内氧化法,采用银的氧化传递作用,使内部金属添加物氧化,因为氧气传播的梯度造成内部氧化不均,因为金属添加物在内部的分布不均,造成弥散不均。采用粉末烧结法,是采用机械混合、成型、烧结、挤压的方式,因为受原料本身的纯度、氧化程度的影响很大,电触头的质量不易保证,而且烧结后挤压,需要较大吨位的压力机。采用预氧化合金粉末法时通过先内氧化再压制烧结挤压,与粉末烧结法类似,且设备复杂、过程繁琐。申请号为201510018833.5的专利公开了一种氮化钛增强银基触头材料及其制备方法,其配方中其制造过程中经多次压制、多次烧结,制造过程极为繁琐。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷,本发明旨在提供一种能替代AgCdO电触头材料、具有耐电磨损、抗熔焊性和接触电阻低而稳定等优点的银基电触头以及制造过程简单、氧化完全、弥散均匀、一次烧结成型的制造方法及专用设备、专用模具。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种银基电触头,由以下重量份的成份组成:银100-110份,二氧化锡6-8份,二氧化钛5-7份,三氧化二锑2-3份。
上述的银基电触头的优选方案,由以下重量份的成份组成:银102份,二氧化锡8份,二氧化钛6份,三氧化二锑2.5份。
上述的银基电触头的制造方法,包括以下步骤:
1)准备:准备纳米银粉、纳米锡粉、纳米钛粉、纳米锑粉,按(100-110):(4.73-6.30):(3.00-4.20):(1.67-2.51)的重量比例进行计量称取;
2)氧化:
①将步骤1)的纳米银粉、纳米锡粉、纳米钛粉、纳米锑粉分别放入真空反应室内的搅拌系统中;
②真空反应室抽真空至真空度≤1×10-3Pa;
③停止抽真空,通入99.9%以上纯氧,至压强达到0.3MPa及以上;
④紫外线灯管开始工作,释放波长为100-150nm的紫外线;
⑤至少2分钟后,搅拌系统开始工作,对粉末进行搅拌;加热系统同步升温,至150-180℃保温,1小时后随炉冷却至室温,出炉,得到混合氧化粉末;
3)装模:将步骤2)所得的混合氧化粉末定量装入模具,并加放压模块,放入真空反应室;
4)烧结:升温至860-900℃,高温烧结5-6h,随炉冷至室温,出炉,可得银基电触头初坯;
5)抛光:将银基电触头初坯用氧化铝磨料进行离心抛光,时间为10-20min。
上述银基电触头的制造方法的步骤2)、3)、4)的专用设备,包括炉体和设置在炉体内的真空系统、加热系统,炉体内的空腔为真空反应室,其特征在于:还包括设置在炉体内的紫外线系统、加氧系统和设置在真空反应室底部的搅拌系统;所述紫外线系统为安装在真空反应室四周炉壁上的多根紫外线灯管组成;所述加氧系统包括安装在炉体上的电磁阀、设置在炉体外的氧气瓶或制氧机、管路系统;所述搅拌系统包括盛放粉末的搅拌皿和位于其上的搅拌桨组成。
上述银基电触头的制造方法的步骤3)、4)的专用模具,其特征在于:包括用于确定银基电触头初坯形状的底模、顶模和用于加压的压模块,其中压模块高度大于15厘米。
本发明通过在纯银中添加SnO2、TiO2、Sb2O3,其中SnO2的加入使银基电触头具有化学和热稳定性良好、升华和分解温度高、熔化金属不易产生喷溅、电弧侵蚀小且长期保持电弧侵蚀小、有很好的抗熔焊性及稳定性的优点,而其本身具有接触电阻和温升高的缺点;Sb2O3在较低温度下有比较高的蒸气压,能使电弧在较低温度下有适当挥发、保持触头表面清洁且能吸热尤其是吸收交变热应力、避免触头扭曲、开裂;TiO2导电导热性能优异,具有较好的高温化学稳定性和十分显著的细化晶粒的作用,能在一定程度上改善接触电阻。三种添加物的综合作用,使本发明的银基电触头具有十分优良的综合作用,能达到媲美和替代AgCdO的效果,具有耐电磨损、抗熔焊性和接触电阻低的优点。
本发明的制造方法,采用纳米粉末在较低温度下进行氧化反应,先抽真空然后填充纯氧,是为了保证去除空气中粉尘和氮气等杂质,避免影响银基电触头性能;0.3MPa即3个大气压的纯氧在100-150nm紫外线的作用下,能够迅速产生臭氧分子和游离的氧原子,活性极强,配合150-180℃的温度和对粉末的搅拌,能保证粉末的氧化充分且混合均匀,烧结后也可以保证弥散均匀,其中Ag在此温度下基本不氧化,即使少量的氧化在后续真空烧结过程中AgO也会迅速分解。装模后采用压模块进行加压后加热烧结,即边烧边压,且在真空环境下进行压模和烧结,得到的银基电触头初坯致密性好,一次烧结即可达到致密性要求。整体采用专用设备、专用模具,一体化完成,制造过程极为简单。
具体实施方式
一种银基电触头,由以下重量份的成份组成:银100-110份,二氧化锡6-8份,二氧化钛5-7份,三氧化二锑2-3份。其中,经多次试验发现,较为优选的方案为银102份,二氧化锡8份,二氧化钛6份,三氧化二锑2.5份,制造的银基电触头综合性能较优。
一种根据权利要求1所述的银基电触头的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)准备:准备纳米银粉、纳米锡粉、纳米钛粉、纳米锑粉,按(100-110):(4.73-6.30):(3.00-4.20):(1.67-2.51)的重量比例进行计量称取;若需要实现较优方案即银102份,二氧化锡8份,二氧化钛6份,三氧化二锑2.5份,则纳米银粉、纳米锡粉、纳米钛粉、纳米锑粉的混合比例为100:6.30:3.60:2.09。
2)氧化:
①将步骤1)的纳米银粉、纳米锡粉、纳米钛粉、纳米锑粉分别放入真空反应室内的搅拌系统中;
②真空反应室抽真空至真空度≤1×10-3Pa;
③停止抽真空,通入99.9%以上纯氧,至压强达到0.3MPa及以上;
④紫外线灯管开始工作,释放波长为100-150nm的紫外线;
⑤至少2分钟后,搅拌系统开始工作,对粉末进行搅拌;加热系统同步升温,至150-180℃保温,1小时后随炉冷却至室温,出炉,得到混合氧化粉末;
3)装模:将步骤2)所得的混合氧化粉末定量装入模具,并加放压模块,放入真空反应室;
4)烧结:升温至860-900℃,高温烧结5-6h,随炉冷至室温,出炉,可得银基电触头初坯;
5)抛光:将银基电触头初坯用氧化铝磨料进行离心抛光,时间为10-20min。本抛光工艺步骤属于现有技术。
本发明的银基电触头的制造方法中步骤2)、3)、4)的专用设备,可以用真空炉改造可得,也可专门制造。若采用真空炉改造,则在真空炉中增加紫外线系统、加氧系统和搅拌系统即可。该专用设备包括炉体和设置在炉体内的真空系统、加热系统,炉体内的空腔为真空反应室,其特征在于:还包括设置在炉体内的紫外线系统、加氧系统和设置在真空反应室底部的搅拌系统;所述紫外线系统为安装在真空反应室四周炉壁上的多根紫外线灯管组成;所述加氧系统包括安装在炉体上的电磁阀、设置在炉体外的氧气瓶或制氧机、管路系统;所述搅拌系统包括盛放粉末的搅拌皿和位于其上的搅拌桨组成。
本发明的银基电触头的制造方法的专用模具,包括用于确定银基电触头初坯形状的底模、顶模和用于加压的压模块。底模和顶模包括压模块均为现有技术,因为烧结过程中860-900℃中高温烧结较长时间,所以底模、顶模和压模块都采用耐高温材料,本实施例采用的是1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢。不过本发明中的压模块的重量要足够大,足以对坯料产生10MPa以上的压强,也就是压模块的高度至少应大于12.7厘米,减去压力损耗,压模块的高度大于15厘米可以保证压强足够,当然,如果采用的材料为密度更大的材料,可以适当减少压模块的高度。为了保证致密度,顶模上留有溢料孔,也便于烧结过程中气体溢出,且在装模时混合氧化粉末要有2%以上的盈余量,溢料孔中残余的部分会在抛光工序被去除。
对所公开的实施例的上述说明,仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种银基电触头,其特征在于,由以下重量份的成份组成:银100-110份,二氧化锡6-8份,二氧化钛5-7份,三氧化二锑2-3份。
2.一种根据权利要求1所述的银基电触头,其特征在于,由以下重量份的成份组成:银102份,二氧化锡8份,二氧化钛6份,三氧化二锑2.5份。
3.一种根据权利要求1所述的银基电触头的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)准备:准备纳米银粉、纳米锡粉、纳米钛粉、纳米锑粉,按(100-110):(4.73-6.30):(3.00-4.20):(1.67-2.51)的重量比例进行计量称取;
2)氧化:
①将步骤1)的纳米银粉、纳米锡粉、纳米钛粉、纳米锑粉分别放入真空反应室内的搅拌系统中;
②真空反应室抽真空至真空度≤1×10-3Pa;
③停止抽真空,通入99.9%以上纯氧,至压强达到0.3MPa及以上;
④紫外线灯管开始工作,释放波长为100-150nm的紫外线;
⑤至少2分钟后,搅拌系统开始工作,对粉末进行搅拌;加热系统同步升温,至150-180℃保温,1小时后随炉冷却至室温,出炉,得到混合氧化粉末;
3)装模:将步骤2)所得的混合氧化粉末定量装入模具,并加放压模块,放入真空反应室;
4)烧结:升温至860-900℃,高温烧结5-6h,随炉冷至室温,出炉,可得银基电触头初坯;
5)抛光:将银基电触头初坯用氧化铝磨料进行离心抛光,时间为10-20min。
4.一种用于权利要求3中步骤2)、3)、4)的银基电触头的制造方法的专用设备,包括炉体和设置在炉体内的真空系统、加热系统,炉体内的空腔为真空反应室,其特征在于:还包括设置在炉体内的紫外线系统、加氧系统和设置在真空反应室底部的搅拌系统;所述紫外线系统为安装在真空反应室四周炉壁上的多根紫外线灯管组成;所述加氧系统包括安装在炉体上的电磁阀、设置在炉体外的氧气瓶或制氧机、管路系统;所述搅拌系统包括盛放粉末的搅拌皿和位于其上的搅拌桨组成。
5.一种用于权利要求3中步骤3)、4)的银基电触头的制造方法的专用模具,其特征在于:包括用于确定银基电触头初坯形状的底模、顶模和用于加压的压模块,其中压模块高度大于15厘米。
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