CN1065002C - 用于电气插头的银－锡氧化物基烧结材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于开关20-100安培额定电流、提高其工作寿命的电气插头材料含有3.2-19.9重量%氧化锡与各自为0.05-0.4重量%氧化铟及氧化铋，其余是银。在通过粉末冶金制造该材料的过程中，粒径大于1μm的氧化锡所占比例量大于60重量%。

Description

用于电气插头的银-锡氧化 物基烧结材料及其制造方法
本发明涉及通过粉末冶金并添加适量氧化铟与氧化铋制造用于电气插头的银-锡氧化物基烧结材料及其制造方法，该电气插头用于额定电流20-100安培的开关装置。
银／金属与银／金属氧化物复合材料已经证明有利于制造低压开关装置中的电气插头。作为银／金属复合材料，使用最频繁的是银／镍，它应用的主要领域是比较低的电流。在高电流情况下，直到几年以前几乎唯一使用的是银-镉氧化物。然而，由于污染环境，越来越试图用其它氧化物代替氧化镉。同时，氧化锡作为氧化镉的替换物已经在许多领域赢得了认可。
由于氧化锡较高的热稳定性，银-锡氧化物复合材料显示出：同银-镉氧化物比较显著地降低了熔化率，在开关装置中具有更长的工作寿命。AgSnO2的缺点是容易形成覆盖层，随后在开关装置中产生较大的发热效应。借助于一定的添加剂如WO3或MoO3，克服上述问题是可能的。这些材料已经证明在需要承受高热负载的开关装置中具有突出的利用价值。含有上述添加剂的AgSnO2已经证明在额定电流大于100安培及在所谓的AC4负载下的开关装置中特别有效，尽管在较低开关电流情况下，上述材料的工作寿命比较短。
可以通过利用挤压技术的粉末冶金制造AgSnO2WO3／MoO3材料。粉末冶金制造法具有能够使用任何类型与任何数量添加剂的优点。因此，从获得特殊性能如焊接强度或发热程度的观点来看，可以优化地选择上述材料。此外，粉末治金结合挤压技术可以在生产接触片材料中获得十分可观的经济效益。
也发现了内氧化AgSnO2／In2O3材料的用途。在DE-OS2328147中所述的这种材料除了含有5-10％SnO2还含有1-6％In2O3。然而，内氧化材料存在以下缺点：必须适当考虑材料的氧化反应动力学来选择添加剂。由于氧化反应动力学的原因，为了影响特殊的开关性能而频繁地选择改变氧化物添加剂的浓度常常是不可能的。然而，AgSnO2／In2O3存在开关期间产生过高热温度的缺点。
在DE-OS2754335中所述接触材料除了银以外还含有1．6-6．5％Bi2O3和0．1-7．5％SnO2。通过内氧化及粉末冶金两者可以制造这种材料。然而，如此高含量的Bi2O3会导致脆化，以致这种材料只能通过单独的烧结而不能通过更经济的挤压技术来制造。
从US-PS4，680，162已知内氧化AgSnO2材料，在锡含量大于4．5％时它可以含有0．1-5％的铟和0．01-5％的铋。压塑这种金属-合金粉末然后进行内氧化。借助于这些添加剂可以防止在内氧化时通常发生的不均匀氧化物沉析。然而，这种材料未显示出最佳接触性能。
“Investigation into the Switching Behavious of new Silver-Tin-Oxid Contact Material，in Proc. of the 14th，Int. conf. onEl. Contacts，Paris 1988，June 20-24，pages 405-409”出版物给出了通过粉末冶金制造的银-锡氧化物电气插头开关性能的说明，该材料可能含有选自氧化铋、氧化铟、氧化铜、氧化钼与氧化钨之中的两种添加氧化物，没有说明这些材料的精确组成。
在US-PS4，695，330中叙述了一种用于制造含有0．5-12％锡、0．5-15％铟与0．01-1．5％铋的内氧化材料的方法。然而，这种方法的费用十分昂贵。
例如，从DE-OS4319137与DE-OS4331526已知，可以通过混合各粉末、冷均衡模压、烧结与挤压等粉末冶金制造银-锡氧化物基接触材料，以生产半成品。
从US-PS4，141，727已知银制接触材料，它含有作为混合氧化物粉末的铋-锡氧化物。此外，在DE-PS2952128中，在同银粉混合以前于900-1600℃对氧化锡进行煅烧。
在20-100安培的中电流范围内至今还不知道AgSnO2材料能够完全代替有毒材料AgCdO，因为在这种应用领域内AgCdO显示出极好的开关寿命，这是AgSnO2完全达不到的。
因此，本发明的目的是开发一种用于电气插头的银-锡氧化物基烧结材料，该材料是通过粉末冶金并添加适量氧化铟与氧化铋制造的，所述材料在开关20-100安培额定电流过程中显示出尽可能低的熔接倾向性与尽可能低的过热温度，在开关装置AC3负载情况下，具有类似于银-镉氧化物的工作寿命。此外，已经发现用于制造所述烧结材料的方法是经济的并导致对该材料的进一步改进。
根据本发明可以实现上述目的，在本发明中，所述材料含有3．2-19．9重量％的氧化锡、各自为0．05-0．4重量％的氧化铟与氧化铋，其余是银。
在20-100安培电流范围内，这种材料显示出突出的工作寿命，同时过热温度一直处于100℃以下。
如果在同银粉与其它氧化物粉末混合以前使用具有粒径大于1μm的高于60wt％的氧化锡，在通过混合粉末、冷均衡模压粉末混合物、在500-940℃烧结与挤压形成线材或型材来制造该材料的过程中，可以达到极好的材料性能。
已经证明，在同银粉末与氧化铟粉末混合以前，特别有利于氧化铋同氧化锡粉末进行反应以生成混合的Bi2Sn2O7氧化物粉末，粒径大于1μm的Bi2Sn2O7粉末所占比例量大于60重量％。
由于商用氧化锡的粒径通常小于1μm、所占比例量大于70重量％，因而必需使这种粉末进行粗化。使氧化锡粉末或氧化锡与氧化铋粉末在700-1400℃温度进行退火直到氧化锡所占比例量大于60重量％或混合氧化物粉末的粒径大于1μm，这是特别有效的。
使用这些粗化的氧化物粉末产品，经过模压件烧结后，它比具有商用氧化物粒径的材料明显地不易脆化，因此可以更容易地进行变形。
以下各实施例用来详细地说明本发明：1．通过以下方法来生产具有9．4％Ag90SnO2、0．4％In2O3与0．2％Bi2O3组成的材料：82％比例量的粒径小于1μm的商用SnO2粉末在空气中于1000℃煅烧20小时，以使粒径小于1μm的SnO2粉末的比例量仅占25％。这些粉末同In2O3与Bi2o3粉末以及银粉末进行混合，在所有情况下这些粉末的粒径小于63μm。用冷均压法对该混合物进行模压以形成丸材并于750℃烧结2小时。然后对该丸材进行挤压以生产型材。在额定电流约为50A的商用开关装置中，该材料达到2百万次开关循环工作寿命。该工作寿命明显地超过迄今已知AgSnO2材料的工作寿命。过热温度没有临界值，平均来说明显在100℃以下。2．按照实施例1来生产具有11．4％Ag88SnO2、0．3％In2O3与0．3％Bi2O3组成的材料。在额定电流约为50A的商用开关装置中，该材料也达到2百万次开关循环工作寿命。过热温度没有临界值，平均来说明显在100℃以下。3．通过以下方法来生产具有11．4％Ag88SnO2、0．3％In2O3与0．3％Bi2O3组成的材料：82％比例量的粒径小于1μm的商用SnO2粉末同粒径小于32μm的Bi2O3粉末进行混合、在空气中于1000℃退火15小时，以使粒径小于1μm的SnO2-Bi2O3混合氧化物仅占20％比例量。上述粉末同粒径小于63μm的银粉末以及In2O3粉末进行混合，通过冷均压法模压以形成柱材。然后该柱材于750℃烧结2小时并挤压成型材。在额定电流约为50A的商用开关装置中，该材料的工作寿命超过2百万次开关循环。过热温度没有临界值，平均来说明显在100℃以下。4．通过以下方法来生产具有8．7％Ag90SnO2、0．5％In2O3与1．6％Bi2o3组成的材料：82％比例量的粒径小于1μm的商用SnO2粉末于1000℃退火60小时，以使粒径小于1μm的SnO2粉末仅占5％比例量。这种粉末按实施例1所述方法进一步进行处理。组成不在本发明范围以内的材料很难进行处理，开关工作寿命也在本发明材料的工作寿命值以下。

Claims (5)

1．一种通过粉末冶金并添加适量氧化铟与氧化铋制造用于电气插头的银-锡氧化物基烧结材料，其特征在于，它含有3．2-19．9wt％的氧化锡、各自为0．05-0．4重量％的氧化铟与氧化铋，其余是银。
2．根据权利要求1的烧结材料生产方法，该方法包括：混合各粉末、冷均衡模压粉末混合物、于500-940℃进行烧结与挤压，以形成线材或型材，其特征在于，在同银粉末与其它氧化物粉末与其它氧化物粉末混合以前，粒径大于1μm的氧化锡的所占比例量大于60重量％。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于，氧化铋粉末同氧化锡粉末进行热反应、以形成粒径大于1μm的Bi2Sn2O7混合氧化物粉末的比例量大于60重量％，这种混合的氧化物粉末同银粉末与氧化铟粉末进行混合。
4．根据权利要求2的方法，其特征在于，使商用氧化锡于700-1400℃进行退火直到粒径大于1μm的粉末所占比例量大于60重量％。
5．根据权利要求3的方法，其特征在于，使商用氧化锡同商用氧化铋一起于700-1400℃进行退火直到粒径大于1μm的混合氧化物粉末的比例量大于60重量％。
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