CN113652617A - 一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电触头制备技术领域，具体是涉及一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法；通过改性WC纤维→WC纤维毡→WC纤维骨架→真空熔渗的工艺流程，制得一种组织结构致密均匀AgWC触头坯料；本发明设计方案的创新点有：采用WC纤维作为原料，WC纤维坯体在熔渗烧结后能保持良好的孔隙度和孔径结构；采用爆炸固结法，由于其过程的瞬时性，AgWC触头坯料内部WC纤维来不及长大，因此能够更好地保持材料的原有性能，避免产生封闭空隙。

Description

一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法
技术领域
本发明涉及电触头制备技术领域，具体是涉及一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法。
背景技术
AgWC材料由于具有优异的导电、导热性，低的截流值以及高抗电弧烧蚀性能，因此被应用中低压真空接触器，框架式断路器中作为触点。但由于Ag、WC两种材料无固溶化，相互间的浸润性极差，且制备过程中WC骨架材料中的不可避免的“封闭孔隙”，使得AgWC材料熔渗不良的问题一直存在，制备出的AgWC触头质量不稳定。就该问题，目前的解决方法列举如下：
专利CN104388739B公布了一种银碳化钨镍触头材料及其制备方法，该专利采用添加活化金属——镍球，用以改善Ag、WC之间的浸润性。但该方法仍未解决WC骨架中“封闭孔隙”导致的熔渗不良问题，且只能制备WC含量小于30％的AgWC触头坯料。
专利CN110064762A公布了一种银碳化钨触头材料的制备方法，该专利采用硝酸银在WC颗粒表面包裹一层Ag壳的方法，用以改善Ag、WC之间的浸润性。但该方法仍未解决WC骨架材料中的“封闭孔隙”问题。
导致上述问题的关键在于：球磨得到的WC粉末颗粒处于极高的畸变储能状态，在高温烧结过程中，WC颗粒会聚集结晶长大，形成粗大的不均组织，因此会出现“封闭孔隙”。
专利CN201210556999.9公布了一种含WC纤维晶增强硬质合金的制备方法，该专利使用纤维状WC材料来增韧合金，因为WC纤维在烧结时不会发生晶粒的异常长大。但该专利中，作为增韧材料的WC纤维相互间不存在作用力，因此无序分布在合金中，即WC纤维之间并没有强结合，没有形成空间骨架构型。
为了解决上述问题，本发明决定以WC纤维为基材，使用“一维→二维→三维”的分部法制备出只含有极微量“封闭孔隙”的WC骨架，在此基础上，使Ag液充分填充WC骨架缝隙，最终得到致密且组分均匀的AgWC触头坯料。
发明内容
为了实现以上目的，本发明提供了一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，将传统的由WC颗粒烧制的、用以熔渗的压坯换为由WC纤维构建的压坯，能够避免压坯在熔渗过程中，WC结晶长大，在骨架中生成闭孔，影响Ag液的均匀渗入，技术方案的具体步骤如下：
S1、制备改性WC纤维
S1-1、采用共晶凝固法，制备WC纤维；
S1-2、采用电沉积法，在所述步骤S1-1制备的WC纤维表面镀覆Co层，得到改性WC纤维；
S2、制备WC纤维毡
将步骤S1制备的改性WC纤维经无纺铺制、叠配和预制烧结，得到WC纤维毡；采用模压处理所述WC纤维毡，得到平均厚度为0.5～1.5mm，理论密度在50～60％的WC纤维毡片；
S3、制备WC纤维骨架
将步骤S2制备的WC纤维毡片叠层放置，层与层之间铺撒Ag粉；采用爆炸烧结法，使用爆速为3800～5500m/s，作用压力为30～300kbr的爆轰垂直作用于叠层放置的WC纤维毡片上，压实烧结得到致密度为86～95％的压实坯料，退火消除所述压实坯料的内部应力得WC纤维骨架；
S4、真空熔渗
将Ag片叠放在所述步骤S3制备的WC纤维骨架上，一同置入真空感应炉内，梯度烧结下，Ag片熔化渗入WC纤维骨架的缝隙中，得到AgWC触头坯料。
进一步地，所述步骤S1-1中，制备WC纤维的具体步骤如下：
S1-1-1、将铝片和多晶钨衬底间隔放置在反应室内的陶瓷晶片上，将所述陶瓷晶片推入熔炼炉内半封闭的刚玉试管内；整个流程中，反应室内压维持在50kPa；
S1-1-2、使用泵机排气，直至反应室内部压力为2.0×10-4Pa，排出氧气和水蒸气；开启加热装置，直至反应室内部温度达到1310℃；
S1-1-3、分别以5sccm和100sccm的流量通过引气口向反应室内引入CH4和H2，直至反应室内压力达到50kPa，升压时间控制在1h；
S1-1-4、在1310℃下反应150min后，关闭泵机并使用循环水冷却反应室直至室温，在多晶钨衬底上结晶生成直径为30～45nm、长度为4～5μm的WC纤维。
由WC颗粒制备的压坯在熔渗过程中，WC颗粒会结晶长大，形成粗大的不均组织，不均组织堵塞造成的闭孔导致Ag液无法均匀渗入；若将WC颗粒换为WC纤维，带来的益处有两个：1、纤维彼此间构成的孔隙是气体填充的通孔，同一孔隙度下，Ag液在纤维坯体中的渗透系数比在粉末预烧结坯体中的渗透系数大；2、在熔渗烧结过程中，WC纤维的表面活性低，再结晶现象少于WC颗粒，不会形成粗大的不均组织。
进一步地，所述WC纤维表面镀覆Co层的具体步骤如下：
S1-2-1、使用钴板作为阳极，铌板作为阴极；使用10％稀盐酸浸泡、打磨、水洗、碱洗、水洗的步骤处理阳极钴板，使用20％稀硝酸浸泡、水洗的步骤处理阴极铌板；
S1-2-2、将硼酸在70℃下加热至完全溶解后倒入纯水和氯化钴溶液中，搅拌均匀得到镀液；
S1-2-3、首先将步骤S1-1制备的WC纤维与化学除油液混合均匀，在90℃下超声搅拌40min，之后用80℃的纯水洗涤抽滤至无油脂漂浮；然后将洗涤后的WC纤维在40℃下真空干燥后，置入65％硝酸中超声振荡30min，蚀刻WC纤维表面；接着使用纯水洗涤WC纤维至中性，最后在60℃下真空干燥所述WC纤维6h；
S1-2-4、按照“WC纤维沉降2min，电沉积0.5～3min，600r/min下搅拌1min”的周期变化方式电沉积步骤S1-2-3处理后的WC纤维；沉降和搅拌时不通电；
S1-2-5、步骤S1-2-4电沉积完成后，抽滤镀液得滤渣，纯水洗涤后于40℃下干燥3h，得改性WC纤维。
WC材料与Co溶体之间的浸润性很好，Co层能很好地包覆WC纤维，且Co相与Ag相的相互浸润性要远远好于WC相与Ag相。因此，Co相作为中间相，能够有效改善WC相与Ag相在后续熔渗时的浸润性。
进一步地，步骤S1-2-3中，所述化学除油液是由体积比为3：5：2：1：的20g/dm3的NaOH、30g/dm3的Na2CO3、10g/dm3的Na3PO4、15g/dm3的Na2SiO3在90℃下搅拌40min制备而成。
进一步地，所述步骤S2的具体步骤如下：
S2-1、将步骤S1制备的改性WC纤维置入纯水中，悬浮的WC纤维相互交缠成网，滤出得WC纤维网；使用高压微细水流喷射多层WC纤维网，使改性WC纤维间相互交缠，最后将交缠在一起的改性WC纤维在1500℃下预烧1h，得到孔隙率为85～90％的WC纤维毡；
S2-2、在60～120MPa的压力下，等压压制步骤S2-1制备的WC纤维毡，得到平均厚度为0.5～1.5mm，理论密度在45～65％的WC纤维毡片。
WC纤维经模压压制后，纤维之间均呈现彼此连接、连通的网络骨架，同时没有出现松散的现象，仍保持无纺编织的形态并分布均匀。在较低压力作用下，WC纤维毡片的孔径较大，孔隙分布较弥散；在较高压力作用下，WC纤维毡片中纤维间的孔隙仍保持均匀分布，但纤维相互搭接紧密，孔径减小，由于WC纤维毡片的孔隙度与其受到的压制压力近似呈线性关系，因此可以判断其孔隙率明显减小，也即致密度提高。
进一步地，所述步骤S3的具体步骤如下：
S3-1、将步骤S2制备的WC纤维毡片叠层放置，层与层之间铺撒Ag粉；每层WC纤维毡片与铺撒在该层上Ag粉的总质量中，Ag粉的质量比为1～5％；
S3-2、将步骤S3-1中叠放的WC纤维毡片湿混8h，烘干后填入Φ50mm钢压模具中，使用炸药爆炸固结，得到致密度为78～86％的压实坯料；爆炸产生的、垂直作用于叠放的WC纤维毡片上的爆轰的爆速为3800～5500m/s，作用压力为170～300kbr；
S3-3、在700～850℃下退火处理步骤S3-2制备的压实坯料，得到WC纤维骨架。
本发明利用爆炸固结的冲击波把WC纤维压实烧结成形。爆炸冲击波通过WC纤维的时间很短，使WC纤维间相互挤压、碰撞，纤维间产生摩擦，绝热塑性剪切与微射流。大量塑性变形能转变为热量，由于过程的瞬时性，热量只沉积在WC纤维的表面，表层热量迅速向WC纤维内部低温处传导，WC纤维来不及长大，能够更好地保持材料的原有性能。
而在WC纤维毡片之间铺撒Ag粉，是利用爆炸冲击波将Ag粉均匀震入WC纤维之间，在后续熔渗烧结的过程中，预先埋置在WC纤维间的Ag粉最先液化，能够有效改善Ag相与WC纤维骨架间的浸润性。
进一步地，步骤S3-2中使用的炸药为黑索金和硝酸铵混合炸药，所述炸药的填充密度为1.0g/cm3，填充厚度为20mm。
进一步地，所述步骤S4的具体步骤如下：
S4-1、将Ag片叠放在所述步骤S3制备的WC纤维骨架上，一同置入真空感应炉内；所述WC纤维骨架与Ag片总质量中，Ag片的质量比为20±0.5～40±0.5；
S4-2、在10-2Pa的真空度，1150～1300℃温度下，使步骤S4-1中的Ag片熔渗入WC纤维骨架的缝隙中，保温3～8h后得到AgWC触头坯料。
进一步地，所述方法制备出的WC触头坯料中按质量百分比计，WC合金占60±0.5～80±0.5％，且不同WC合金配比下的WC触头坯料的致密度均大于98.5％。。
与现有的AgWC触头坯料的制备方法相比，本发明的有益效果是：
(1)传统的AgWC触头坯料制备工艺采用球磨后WC颗粒作为原料，但WC颗粒在球磨过程中的晶格畸变，因此其具有高表面活性，在后续的熔渗工艺中，容易熔化和再结晶生长，导致Ag相难以渗入；而本发明制备的AgWC触头坯料采用WC纤维作为原料，WC纤维坯体在熔渗烧结后能保持良好的孔隙度和孔径结构，因此能得到Ag相含量不同的AgWC复合材料坯体，且坯体中组织结构致密均匀、特征明显。
(2)本发明制备压坯骨架时没有使用传统的粉末压制烧结工艺，而是采用爆炸固结法，和传统方法相比，爆炸冲击波通过金属纤维的时间很短，金属纤维间大量塑性变形能转变为热量，由于过程的瞬时性，热量只沉积在纤维的表面，表层热量迅速向纤维内部低温处传导，纤维来不及长大，能够更好地保持材料的原有性能。
(3)WC纤维制备的坯体的致密度最高可达95％，比常规WC颗粒制备坯体具有更优越的压制特性。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的方式和取得的效果，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述。
实施例1
实施例1主要目的是阐述本发明在具体参数下的方案设计，具体步骤如下：
S1、制备改性WC纤维
S1-1、采用共晶凝固法，制备WC纤维；
S1-1-1、将铝片和多晶钨衬底间隔放置在反应室内的陶瓷晶片上，将所述陶瓷晶片推入熔炼炉内半封闭的刚玉试管内；整个流程中，反应室内压维持在50kPa；
S1-1-2、使用泵机排气，直至反应室内部压力为2.0×10-4Pa，排出氧气和水蒸气；开启加热装置，直至反应室内部温度达到1310℃；
S1-1-3、分别以5sccm和100sccm的流量通过引气口向反应室内引入CH4和H2，直至反应室内压力达到50kPa，升压时间控制在1h；
S1-1-4、在1310℃下反应150min后，关闭泵机并使用循环水冷却反应室直至室温，在多晶钨衬底上结晶生成WC纤维，所述WC纤维的性能参数见表1；
表1 WC纤维
Figure BDA0003197776280000071
S1-2、采用电沉积法，在所述步骤S1-1制备的WC纤维表面镀覆Co层，得到改性WC纤维；
S1-2-1、使用钴板作为阳极，铌板作为阴极；使用10％稀盐酸浸泡、打磨、水洗、碱洗、水洗的步骤处理阳极钴板，使用20％稀硝酸浸泡、水洗的步骤处理阴极铌板；
S1-2-2、将硼酸在70℃下加热至完全溶解后倒入纯水和氯化钴溶液中，搅拌均匀得到镀液；
S1-2-3、首先将步骤S1-1制备的WC纤维与化学除油液混合均匀，在90℃下超声搅拌40min，之后用80℃的纯水洗涤抽滤至无油脂漂浮；然后将洗涤后的WC纤维在40℃下真空干燥后，置入65％硝酸中超声振荡30min，蚀刻WC纤维表面；接着使用纯水洗涤WC纤维至中性，最后在60℃下真空干燥所述WC纤维6h；
S1-2-4、按照“WC纤维沉降2min，电沉积0.5min，600r/min下搅拌1min”的周期变化方式电沉积步骤S1-2-3处理后的WC纤维；沉降和搅拌时不通电；
S1-2-5、步骤S1-2-4电沉积完成后，抽滤镀液得滤渣，纯水洗涤后于40℃下干燥3h，得改性WC纤维；
S2、制备WC纤维毡
S2-1、将步骤S1制备的改性WC纤维置入纯水中，悬浮的WC纤维相互交缠成网，滤出得WC纤维网；使用高压微细水流喷射多层WC纤维网，使改性WC纤维间相互交缠，最后将交缠在一起的改性WC纤维在1500℃下预烧1h，得到孔隙率为85～90％的WC纤维毡；
S2-2、在60MPa的压力下，等压压制步骤S2-1制备的WC纤维毡，得到平均厚度为1.5mm，理论密度在45％的WC纤维毡片；
S3、制备WC纤维骨架
S3-1、将步骤S2制备的WC纤维毡片叠层放置，层与层之间铺撒Ag粉；每层WC纤维毡片与铺撒在该层上Ag粉的总质量中，Ag粉的质量比为1％；
S3-2、将步骤S3-1中叠放的WC纤维毡片湿混8h，烘干后填入Φ50mm钢压模具中，使用炸药爆炸固结，得到致密度为78％的压实坯料；爆炸产生的、垂直作用于叠放的WC纤维毡片上的爆轰的爆速为3800m/s，作用压力为170kbr；
S3-3、在700℃下退火处理步骤S3-2制备的压实坯料，得到WC纤维骨架；
S4、真空熔渗
S4-1、将Ag片叠放在所述步骤S3制备的WC纤维骨架上，一同置入真空感应炉内；所述WC纤维骨架与Ag片总质量中，Ag片的质量比为40.5％；
S4-2、在10-2Pa的真空度，1150℃温度下，使步骤S4-1中的Ag片熔渗入WC纤维骨架的缝隙中，保温3h后得到致密度均大于98.5％的AgWC触头坯料。
实施例2
实施例2的叙述基础为实施例1中记载方案，旨在阐述另一参数下的方案设计，具体内容如下：
S1、制备改性WC纤维
S1-1、采用共晶凝固法，制备WC纤维；
S1-1-1、将铝片和多晶钨衬底间隔放置在反应室内的陶瓷晶片上，将所述陶瓷晶片推入熔炼炉内半封闭的刚玉试管内；整个流程中，反应室内压维持在50kPa；
S1-1-2、使用泵机排气，直至反应室内部压力为2.0×10-4Pa，排出氧气和水蒸气；开启加热装置，直至反应室内部温度达到1310℃；
S1-1-3、分别以5sccm和100sccm的流量向反应室内引入CH4和H2，直至反应室内压力达到50kPa，升压时间控制在1h；
S1-1-4、在1310℃下反应150min后，关闭泵机并使用循环水冷却反应室直至室温，在多晶钨衬底上结晶生成直径为30～45nm、长度为4～5μm的WC纤维；
S1-2、采用电沉积法，在所述步骤S1-1制备的WC纤维表面镀覆Co层，得到改性WC纤维；
S1-2-1、使用钴板作为阳极，铌板作为阴极；使用10％稀盐酸浸泡、打磨、水洗、碱洗、水洗的步骤处理阳极钴板，使用20％稀硝酸浸泡、水洗的步骤处理阴极铌板；
S1-2-2、将硼酸在70℃下加热至完全溶解后倒入纯水和氯化钴溶液中，搅拌均匀得到镀液；
S1-2-3、首先将步骤S1-1制备的WC纤维与化学除油液混合均匀，在90℃下超声搅拌40min，之后用80℃的纯水洗涤抽滤至无油脂漂浮；然后将洗涤后的WC纤维在40℃下真空干燥后，置入65％硝酸中超声振荡30min，蚀刻WC纤维表面；接着使用纯水洗涤WC纤维至中性，最后在60℃下真空干燥所述WC纤维6h；
S1-2-4、按照“WC纤维沉降2min，电沉积3min，600r/min下搅拌1min”的周期变化方式电沉积步骤S1-2-3处理后的WC纤维；沉降和搅拌时不通电；
S1-2-5、步骤S1-2-4电沉积完成后，抽滤镀液得滤渣，纯水洗涤后于40℃下干燥3h，得改性WC纤维；
S2、制备WC纤维毡
S2-1、将步骤S1制备的改性WC纤维置入纯水中，悬浮的WC纤维相互交缠成网，滤出得WC纤维网；使用高压微细水流喷射多层WC纤维网，使改性WC纤维间相互交缠，最后将交缠在一起的改性WC纤维在1500℃下预烧1h，得到孔隙率为85～90％的WC纤维毡；
S2-2、在120MPa的压力下，等压压制步骤S2-1制备的WC纤维毡，得到平均厚度为0.5mm，理论密度在65％的WC纤维毡片；
S3、制备WC纤维骨架
S3-1、将步骤S2制备的WC纤维毡片叠层放置，层与层之间铺撒Ag粉；每层WC纤维毡片与铺撒在该层上Ag粉的总质量中，Ag粉的质量比为5％；
S3-2、将步骤S3-1中叠放的WC纤维毡片湿混8h，烘干后填入Φ50mm钢压模具中，使用炸药爆炸固结，得到致密度为86％的压实坯料；爆炸产生的、垂直作用于叠放的WC纤维毡片上的爆轰的爆速为5500m/s，作用压力为300kbr；
S3-3、在850℃下退火处理步骤S3-2制备的压实坯料，得到WC纤维骨架；
S4、真空熔渗
S4-1、将Ag片叠放在所述步骤S3制备的WC纤维骨架上，一同置入真空感应炉内；所述WC纤维骨架与Ag片总质量中，Ag片的质量比为19.5％；
S4-2、在10-2Pa的真空度，1300℃温度下，使步骤S4-1中的Ag片熔渗入WC纤维骨架的缝隙中，保温6h后得到致密度均大于98.5％的AgWC触头坯料。
实验例
本实验例的叙述基础为实施例1中的记载方案，旨在阐明本发明的实际应用效果。
1、实验设计
为了阐明本发明制备的AgWC触头坯料脂的具体性能，设计以下实验组，为了直观比较，本实施例中采用国内的桂林金格公司AgWC60触头和三种国外商用的AgWC触头作为空白组，基本参数见上文表2。
空白组：表2中的AgWC触头；
表2空白组四种AgWC触头性能参数
Figure BDA0003197776280000121
实验组1：使用实施例1中记载的方案，取消采用电沉积法在WC纤维表面镀覆Co层的步骤；
实验组2：使用实施例1中记载的方案，电沉积步骤S1-2-4中，以Co层电沉积时间的不同为自变量，设计设计相应的实验组；
实验组3：使用实施例1中记载的方案，制备WC纤维毡步骤S2-2中，以等压压制的压力60MPa、80MPa、100MPa、120MPa为自变量，设计实验组3a、实验组3b、实验组3c、实验组3d；
实验组4：使用实施例1中记载的方案，取消制备WC纤维骨架步骤S3-1中，WC纤维毡片层与层之间铺撒Ag粉的步骤；
实验组5：使用实施例1中记载的方案，制备WC纤维骨架步骤S3-1中，以Ag粉的质量比1％、3％、5％为自变量，设计实验组5a、实验组5b、实验组5c；
实验组6：使用实施例1中记载的方案，取消步骤S3-2使用炸药爆炸固结WC纤维毡片的步骤；
实验组7：使用实施例1中记载的方案，爆炸固结步骤S3-2中，以爆轰的不同爆速作为自变量，设计相应实验组；
实验组8：使用实施例1中记载的方案，真空熔渗步骤S4-2中，以WC纤维骨架中Ag相的质量比20％、25％、30％、40％为自变量，设计实验组8a、实验组8b、实验组8c、实验组8d。
2、单次电沉积时间对Co层性能影响
选取实验组2中的设计方案，探究单次电沉积时间对于WC纤维上Co含量和包覆率的影响。在本次实验中，控制电流密度为16A/dm2，保持转速为600r/min，单次的搅拌时间为2min。相关数据见表3。
表3单次电沉积时间对于Co层性能影响
Figure BDA0003197776280000131
从表3中数据可以看出，随着单次电沉积时间的增大，Co含量会一直缓慢增加，而Co在WC纤维上的包覆率则先增加后降低，制得的AgWC触头坯料的致密度随着Co包覆率的变化呈现出对应的变化趋势，即先增大后降低。
造成上述现象的原因是因为：增加单次电沉积时间会有更多的WC纤维沉降下来得到电沉积，因此WC纤维上的Co含量逐渐上升。3min时Co含量增至最大52％，而在1.5min时Co在WC纤维上的包覆率最大，达到93％，随后包覆率快速下降。这是因为单次电沉积时间的延长，同时多次重复进行的周期性的搅拌能够有效造成WC纤维在镀液中翻滚，进而促进Co在WC纤维表面上的沉积，因此粉体的总的包覆率会增加。然而间歇电沉积过程中，WC纤维只在与溶液的界面处受到电沉积，由于重力作用而沉降到下层的WC纤维因为受到上层粉体的屏蔽和遮挡作用，几乎没有电化学沉积反应发生，因此随着单次电沉积时间进一步的增加，未镀上的WC纤维的量继续沉降，WC纤维上Co的总体包覆率就越来越小。
综上，选择一个较为合适的单次电沉积时间既能保证WC纤维表面能镀上适当量的Co，又能不会因Co过量造成团聚，因此在本实验例中，Co层的单次电沉积时间优选为1.5min。
3、Co相对于AgWC触头坯料性能影响
选取第2节中，得到AgWC触头坯料性能最好的实验组2c作为空白组，选取实验组1中方案作为对照组，探究WC纤维表面镀覆Co层对于AgWC触头坯料性能影响，数据见表4。
表4 Co相对于AgWC触头坯料性能影响
Figure BDA0003197776280000141
从表4中数据首先能够看到的是，通过实验组2c制备AgWC触头坯料的密度，致密度均明显高于实验组1，这是因为C o相与Ag相间的浸润性要远远高于WC相与Ag相的浸润性，当Co相包覆在WC相表面时，在熔渗时，Ag相与WC相间存在过渡层，能够使Ag相均匀渗入WC相设计好的间隙中，从而使得到的AgWC触头坯料组织均匀，其表现出的导电性能也更为优异。
值得注意的是，实验组2c制备的AgWC触头坯料的硬度远远高于实验组1，这是因为Co在Ag液中扩散，在WC纤维表面形成金属间化合物Ag-WC65-Co，这种化合物能使材料的硬度提高。
实验组2c制备的AgWC触头坯料的导电率高于实验组1，这是因为Ag-WC65-Co作为金属件化合物包覆层，能够防止WC纤维表面形成绝缘性质的钨酸银和W3O8，降低了接触电阻，从而提高AgWC触头坯料导电性能。
4、等压压制压力对于AgWC纤维毡性能的影响
选取实验组3，比较不同等压压制压力对于AgWC纤维毡性能的影响，数据见表5。
表5不同等压压制压力对于AgWC纤维毡性能的影响
Figure BDA0003197776280000151
从表5中数据可以看出，随着等压压制压力的增大，制备的AgWC纤维毡的致密度逐渐增大，平均厚度逐渐降低。值得注意的是，随着等压压制压力的增大，AgWC纤维毡致密度和平均厚度的变化趋势均逐渐变缓，这是因为随着AgWC纤维的压缩，组分间的空隙越来越小，组分间的摩擦阻力指数变大，在等压压制压力提升幅度一致的前提下，AgWC纤维毡体积的压缩率就会降低。
5、WC纤维毡片间铺撒Ag粉对WC触头坯料的影响
选取实验组4作为空白组，实验组5作为实验组，探究WC纤维毡片间铺撒Ag粉对WC触头坯料能的影响，具体数据见表6。
表6毡片间Ag粉对WC触头坯料的影响
Figure BDA0003197776280000152
Figure BDA0003197776280000161
从表6中数据可以看出，随着每层WC纤维毡片与铺撒在该层上Ag粉的总质量中，Ag粉的质量的增加，得到WC触头坯料的致密度逐渐增大。这是因为Ag粉借助爆炸冲击波均匀渗入WC纤维之间，在后续熔渗烧结的过程中，预先埋置在WC纤维间的Ag粉最先液化，能够有效改善Ag相与WC纤维骨架间的浸润性，从而得到致密度更高的WC触头坯料。
6、爆炸固结参数对于压实坯料性能的影响
选取实验组6作为空白组，实验组7作为实验组，探究不同爆炸固结参数对于压实坯料性能的影响，具体数据见表7。
表7不同爆炸固结参数对于压实坯料性能的影响
Figure BDA0003197776280000162
从表7中数据可以看出，在爆炸烧结法中，随着爆速的提升，压实坯料的密度先升高后降低。造成这种现象的原因是：爆炸威力越大，坯料内部空隙中的气体排出就越彻底，得到压实坯料致密化程度就越高。但是，当爆炸瞬间速度过大时，坯料内部的气体就来不及排出，会被密封在压实坯料内部，因此压实坯料的致密度反而会降低。
除此之外，采用爆炸固结法制备压实坯料时，还需考虑到过于激烈的爆炸，会导致压实坯料在爆轰冲击下出现断裂分层的现象。因此，结合表6，可以看到，当爆速达到5000m/s时，得到的压实坯料的致密度已经大于传统方法制备的坯料，所以在本实验例中，爆炸固结时优选的爆速为5000m/s。
7、熔渗烧结得到的WC触头坯料性能
选取实验组8的方案，制备了四种不同配比的WC触头坯料，性能参数见表8。
表8不同配比的WC触头坯料性能参数
Figure BDA0003197776280000171
从表8中数据可以看出，本发明制备的高WC含量的WC触头坯料，物理性能和电学性能表现良好，杂质含量低，优于同类型市售商品，因此本发明设计的制备方法具有实际应用价值。

Claims (9)

1.一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1、制备改性WC纤维
S1-1、采用共晶凝固法，制备WC纤维；
S1-2、采用电沉积法，在所述步骤S1-1制备的WC纤维表面镀覆Co层，得到改性WC纤维；
S2、制备WC纤维毡
将步骤S1制备的改性WC纤维经无纺铺制、叠配和预制烧结，得到WC纤维毡；等压压制所述WC纤维毡，得到平均厚度为0.5～1.5mm，理论密度在45～65％的WC纤维毡片；
S3、制备WC纤维骨架
将步骤S2制备的WC纤维毡片叠层放置，层与层之间铺撒Ag粉；采用爆炸烧结法，使用爆速为3800～5500m/s，作用压力为170～300kbr的爆轰垂直作用于叠层放置的WC纤维毡片上，压实烧结得到致密度为78～86％的压实坯料，退火消除所述压实坯料的内部应力得WC纤维骨架；
S4、真空熔渗
将Ag片叠放在所述步骤S3制备的WC纤维骨架上，一同置入真空感应炉内，梯度烧结下，Ag片熔化渗入WC纤维骨架的缝隙中，得到AgWC触头坯料。
2.如权利要求1所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1-1中，制备WC纤维的具体步骤如下：
S1-1-1、将铝片和多晶钨衬底间隔放置在反应室内的陶瓷晶片上，将所述陶瓷晶片推入熔炼炉内半封闭的刚玉试管内；整个流程中，反应室内压维持在50kPa；
S1-1-2、使用泵机排气，直至反应室内部压力为2.0×10-4Pa，排出氧气和水蒸气；开启加热装置，直至反应室内部温度达到1310℃；
S1-1-3、分别以5sccm和100sccm的流量通过引气口向反应室内引入CH4和H2，直至反应室内压力达到50kPa，升压时间控制在1h；
S1-1-4、在1310℃下反应150min后，关闭泵机并使用循环水冷却反应室直至室温，在多晶钨衬底上结晶生成直径为30～45nm、长度为4～5μm的WC纤维。
3.如权利要求1所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，所述WC纤维表面镀覆Co层的具体步骤如下：
S1-2-1、使用钴板作为阳极，铌板作为阴极；使用10％稀盐酸浸泡、打磨、水洗、碱洗、水洗的步骤处理阳极钴板，使用20％稀硝酸浸泡、水洗的步骤处理阴极铌板；
S1-2-2、将硼酸在70℃下加热至完全溶解后倒入纯水和氯化钴溶液中，搅拌均匀得到镀液；
S1-2-3、首先将步骤S1-1制备的WC纤维与化学除油液混合均匀，在90℃下超声搅拌40min，之后用80℃的纯水洗涤抽滤至无油脂漂浮；然后将洗涤后的WC纤维在40℃下真空干燥后，置入65％硝酸中超声振荡30min，蚀刻WC纤维表面；接着使用纯水洗涤WC纤维至中性，最后在60℃下真空干燥所述WC纤维6h；
S1-2-4、按照“WC纤维沉降2min，电沉积0.5～3min，600r/min下搅拌1min”的周期变化方式电沉积步骤S1-2-3处理后的WC纤维；沉降和搅拌时不通电；
S1-2-5、步骤S1-2-4电沉积完成后，抽滤镀液得滤渣，纯水洗涤后于40℃下干燥3h，得改性WC纤维。
4.如权利要求3所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，步骤S1-2-3中，所述化学除油液是由体积比为3：5：2：1：的20g/dm3的NaOH、30g/dm3的Na2CO3、10g/dm3的Na3PO4、15g/dm3的Na2SiO3在90℃下搅拌40min制备而成。
5.如权利要求1所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤如下：
S2-1、将步骤S1制备的改性WC纤维置入纯水中，悬浮的WC纤维相互交缠成网，滤出得WC纤维网；使用高压微细水流喷射多层WC纤维网，使改性WC纤维间相互交缠，最后将交缠在一起的改性WC纤维在1500℃下预烧1h，得到孔隙率为85～90％的WC纤维毡；
S2-2、在60～120MPa的压力下，等压压制步骤S2-1制备的WC纤维毡，得到平均厚度为0.5～1.5mm，理论密度在45～65％的WC纤维毡片。
6.如权利要求1所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤如下：
S3-1、将步骤S2制备的WC纤维毡片叠层放置，层与层之间铺撒Ag粉；每层WC纤维毡片与铺撒在该层上Ag粉的总质量中，Ag粉的质量比为1～5％；
S3-2、将步骤S3-1中叠放的WC纤维毡片湿混8h，烘干后填入Φ50mm钢压模具中，使用炸药爆炸固结，得到致密度为78～86％的压实坯料；爆炸产生的、垂直作用于叠放的WC纤维毡片上的爆轰的爆速为3800～5500m/s，作用压力为170～300kbr；
S3-3、在700～850℃下退火处理步骤S3-2制备的压实坯料，得到WC纤维骨架。
7.如权利要求6所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，步骤S3-2中使用的炸药为黑索金和硝酸铵混合炸药，所述炸药的填充密度为1.0g/cm3，填充厚度为20mm。
8.如权利要求1所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4的具体步骤如下：
S4-1、将Ag片叠放在所述步骤S3制备的WC纤维骨架上，一同置入真空感应炉内；所述WC纤维骨架与Ag片总质量中，Ag片的质量比为20±0.5～40±0.5％；
S4-2、在10-2Pa的真空度，1150～1300℃温度下，使步骤S4-1中的Ag片熔渗入WC纤维骨架的缝隙中，保温3～8h后得到AgWC触头坯料。
9.如权利要求1所述的一种基于三维骨架的AgWC触头坯料的制备方法，其特征在于，所述方法制备出的WC触头坯料中按质量百分比计，WC合金占60±0.5～80±0.5％，且不同WC合金配比下的WC触头坯料的致密度均大于98.5％。
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