專利名稱：銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料，屬于中低壓電器中的觸頭材料技術領域。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，中低壓電器采用的電接觸元件制造材料主要是銀基電接觸材料。這是因為銀具有高導電性、高導熱性和良好的機械加工性，在大氣條件下不氧化，能保持低而穩(wěn)定的接觸電阻等性質。但純銀電接觸材料硬度低，易熔焊，在直流工作條件下，材料轉移傾向嚴重，因此需要在銀中添加其它元素或者化合物改善其性能。目前銀基電接觸材料主要有銀—金屬氧化物、銀基假合金、銀基合金三大類。其中銀—金屬氧化物是最理想的材料，典型的材料為Ag/CdO，它曾長期用于中低壓電器中作為電接觸材料。但金屬鎘蒸汽具有毒性，在制造和使用中對環(huán)境造成嚴重污染，這種傳統(tǒng)的電接觸材料正在逐步被淘汰。近年來人們相繼研制了Ag/SnO2、Ag/稀土合金等新型銀基觸頭材料。從目前的研究和實踐情況看，Ag/SnO2材料具有和Ag/CdO材料相當?shù)碾娦阅?，是替代Ag/CdO材料的主導產(chǎn)品。但是SnO2的加入使得材料產(chǎn)生很強的彌散硬化，特別是在后期的冷加工過程中，加工硬化明顯，延伸率減小，降低了觸點的成品率，這給大規(guī)模生產(chǎn)應用帶來了很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對目前常用銀基電接觸材料存在的不足，提出了一種電阻率低、導熱導電性好、抗電燒蝕和抗熔焊能力強、機械加工性好的銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料。
本發(fā)明的復合電接觸材料組分如下(均為重量百分比，下同)銀 80-95％壓敏復合陶瓷 1-15％金屬Ni、Fe之一或者其組合或/和金屬氧化物0.5-5％。
上述壓敏復合陶瓷是一種復合陶瓷化合物，其化學分子式為(ZnO)1-x-y-z(ReO)x(TO)y(MO)z，其中ZnO是陶瓷化合物的主體成分，0.85≤1-x-y-z≤0.96；ReO是La2O3，Pr6O11，Sm2O3，Eu2O3，Y2O3稀土氧化物的一種或者其組合，0.001≤x≤0.05；TO是Co2O3，MnO2，Cr2O3，CuO，TiO2過渡金屬氧化物一種或者其組合，0.002≤y≤0.05；MO是Sb2O3，BaO，Bi2O3，Al2O3金屬氧化物一種或者其組合，0.005≤z≤0.1。
將需要的各種氧化物通過化學或者物理方法進行混合，利用本領域常規(guī)的高溫固相反應合成壓敏復合陶瓷，即在高溫下燒結進行化合反應生成壓敏復合陶瓷化合物。
本發(fā)明的復合電接觸材料組分中的金屬氧化物為Ni，In，Bi，Cu，Mo，W的氧化物之一或者其組合。
本發(fā)明的銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料最佳配比為銀90％，壓敏復合陶瓷8％，金屬Ni 1％，金屬氧化物In2O30.6％和MoO30.4％，其中壓敏復合陶瓷組成是(ZnO)0.9(La2O3)0.035(Pr6O11)0.01(Co2O3)0.018(MnO2)0.012(Bi2O3)0.015(Sb2O3)0.01。
根據(jù)需要稱取合適組份的原料進行機械粉碎和混粉；將混合物利用粉末冶金或者熱擠壓的方法加工成絲材、板材、棒材的銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料。
本發(fā)明采用壓敏復合陶瓷作為主要添加物，利用壓敏復合陶瓷良好的溫度穩(wěn)定性、浪涌泄流等特性，使制得的電接觸材料具有電阻率低，導熱、導電性好，抗電燒蝕和抗熔焊能力強，機械加工性好等優(yōu)點。不但發(fā)揮了復合陶瓷熔點和分解溫度高，硬度大，在電弧作用下不易分解的特性，降低了觸頭的熔焊傾向；還發(fā)揮了壓敏陶瓷的浪涌泄流特性，增強了觸頭的滅弧能力，縮短了燃弧時間，降低了觸頭的電燒蝕和溫升。添加適量的過渡金屬Ni、Fe等可以細化晶粒，使顯微組織顆粒彌散均勻，制得的材料具有較高的密度和較低的電阻率。NiO、In2O3的添加能增強材料的抗熔焊能力和抗燒蝕能力。Bi、Cu、Mo、W金屬氧化物具有較低的熔點，可以吸收燃弧能量，并能改善壓敏復合陶瓷和銀的浸潤性，進一步提高觸頭的抗電燒蝕能力和溫度特性，延長觸頭使用壽命。
本發(fā)明制備的電接觸材料電阻率低，導熱、導電性好，觸頭接觸電阻小而穩(wěn)定，具有優(yōu)異的抗電燒蝕和抗熔焊能力?？梢岳梅勰┮苯鸹驘釘D壓工藝制備成絲材、板材、棒材，不需要內(nèi)氧化，減少了加工工序和能耗，降低了生產(chǎn)成本。另外該材料的機械加工性優(yōu)于Ag/SnO2材料，降低了生產(chǎn)難度。
中等負載下電性能試驗表明本發(fā)明的電接觸材料具有優(yōu)異的電性能，可以和Ag/CdO及Ag/SnO2材料相比擬。由于本發(fā)明的電接觸材料無毒無害，加工性能良好，工藝流程簡單，因而可以在很大范圍內(nèi)替代現(xiàn)有的Ag/CdO及Ag/SnO2電接觸材料。
具體實施方式
實施例1按重量百分比，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成是銀90％，壓敏復合陶瓷8％，金屬Ni 1％，金屬氧化物In2O30.6％和MoO30.4％。其中壓敏復合陶瓷的組成是(ZnO)0.9(La2O3)0.035(Pr6O11)0.01(Co2O3)0.018(MnO2)0.012(Bi2O3)0.015(Sb2O3)0.01。
將上述各組分物料粉末經(jīng)機械混磨均勻，初壓成型并在600℃退火，復壓后放入熱擠壓機中，擠壓成φ6棒材，拉拔成絲材，按常規(guī)方法制成各種規(guī)格的觸頭。在交流220V，25A，閉合力100g，分斷力75g，通斷比1∶1，接觸頻率90次/分的條件下通過性能試驗，試驗閉合次數(shù)達到13萬次。在直流24V，20A，閉合力100g，分斷力75g，通斷比1∶1，接觸頻率90次/分的條件下通過性能試驗，試驗閉合次數(shù)達到11萬次。
實施例2按重量百分比，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成是銀90％，壓敏復合陶瓷8％，金屬Ni 1％，金屬氧化物CuO 0.3％，NiO 0.5％和MoO30.2％。其中壓敏復合陶瓷的組成是(ZnO)0.9(La2O3)0.01(Y2O3)0.01(Co2O3)0.015(MnO2)0.01(TiO2)0.005(Bi2O3)0.02(Sb2O3)0.03。
材料的制備與加工方法和性能試驗條件同實施例1，試驗結果為交流試驗閉合次數(shù)達到11.5萬次，直流試驗閉合次數(shù)達到10.5萬次。
實施例3按重量百分比，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成是銀90％，壓敏復合陶瓷6％，金屬Ni 2％，金屬氧化物In2O31％，Bi2O30.6％和MoO30.4％。其中壓敏復合陶瓷的組成是(ZnO)0.9(La2O3)0.01(Sm2O3)0.01(Eu2O3)0.005(Co2O3)0.018(TiO2)0.012(Bi2O3)0.015(Sb2O3)0.03。
材料的制備與加工方法以及性能試驗條件同實施例1，試驗結果為交流試驗閉合次數(shù)達到10.5萬次，直流試驗閉合次數(shù)達到10萬次。
實施例4按重量百分比，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成是銀88％，壓敏復合陶瓷8％，金屬Ni 1％和Fe 1％，金屬氧化物NiO 1％，CuO 0.4％和WO30.6％。其中壓敏復合陶瓷的組成是(ZnO)0.92(Pr6O11)0.01(Y2O3)0.005(Co2O3)0.02(Cr2O3)0.01(BaO)0.005(Sb2O3)0.02(Al2O3)0.01。
材料的制備與加工方法和性能試驗條件同實施例1。交流試驗閉合次數(shù)達到11萬次；直流試驗閉合次數(shù)達到10萬次。
實施例5按重量百分比，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成是銀92％，壓敏復合陶瓷5％，金屬Fe 2％，金屬氧化物NiO 0.5％和WO30.5％。其中壓敏復合陶瓷的組成是(ZnO)0.93(La2O3)0.05(Y2O3)0.005(Co2O3)0.01(MnO2)0.01(CuO)0.005(Bi2O3)0.015(Sb2O3)0.02。
材料的制備與加工方法和性能試驗條件同實施例1。交流試驗閉合次數(shù)達到9.5萬次；直流試驗閉合次數(shù)達到9萬次。
實施例6按重量百分比，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成是銀94％，壓敏復合陶瓷4％，金屬Ni 1％，金屬氧化物In2O30.6％和WO30.4％。其中壓敏復合陶瓷的組成是(ZnO)0.87(La2O3)0.015(Co2O3)0.02(MnO2)0.01(Cr2O3)0.01(Bi2O3)0.025(Sb2O3)0.04(Al2O3)0.01。
材料的制備與加工方法和性能試驗條件同實施例1。交流試驗閉合次數(shù)達到10萬次；直流試驗閉合次數(shù)達到8.5萬次。
實施例7按重量百分比，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成是銀90％，壓敏復合陶瓷8％，金屬Fe 1％，金屬氧化物CuO 0.3％，In2O30.5％和WO30.2％。其中壓敏復合陶瓷的組成是(ZnO)0.91(La2O3)0.005(Co2O3)0.025(Cr2O3)0.005(TiO2)0.005(Bi2O3)0.02(Sb2O3)0.03。
材料的制備與加工方法和性能試驗條件同實施例1。交流試驗閉合次數(shù)達到9萬次；直流試驗閉合次數(shù)達到8.5萬次。
實施例8如實施例1所述，所不同的是，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成(按重量百分比)是銀91％，壓敏復合陶瓷6.5％，金屬Ni 1.5％，金屬氧化物NiO 0.8％和MoO30.2％。
實施例9如實施例2所述，所不同的是，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成(按重量百分比)是銀87％，壓敏復合陶瓷9％，金屬Ni 1.5％，F(xiàn)e 1.5％，金屬氧化物NiO0.5％和MoO30.5％。
實施例10如實施例3所述，所不同的是，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成(按重量百分比)是銀93％，壓敏復合陶瓷5％，金屬Ni 1％，金屬氧化物In2O30.5％，Bi2O30.3％和MoO30.2％。
實施例11如實施例4所述，所不同的是，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成(按重量百分比)是銀90％，壓敏復合陶瓷7％，金屬Ni 0.5％和Fe 1％，金屬氧化物NiO0.8％，CuO 0.3％和WO30.4％。
實施例12如實施例1所述，所不同的是，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成(按重量百分比)是銀80％，壓敏復合陶瓷15％，金屬Ni 3.5％，金屬氧化物NiO 1％和MoO30.5％。
實施例13如實施例1所述，所不同的是，銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料的組成(按重量百分比)是銀95％，壓敏復合陶瓷3％，金屬Ni 1％，金屬氧化物NiO 0.8％和MoO30.2％。
實施例14如實施例1所述，所不同的是，壓敏復合陶瓷的組成為(ZnO)0.9(La2O3)0.01(Y2O3)0.01(Co2O3)0.015(MnO2)0.01(TiO2)0.005(Bi2O3)0.02(Sb2O3)0.03。
實施例15如實施例1所述，所不同的是，壓敏復合陶瓷的組成為(ZnO)0.9(La2O3)0.01(Sm2O3)0.01(Eu2O3)0.005(Co2O3)0.018(TiO2)0.012(Bi2O3)0.015(Sb2O3)0.03。
實施例16如實施例1所述，所不同的是，壓敏復合陶瓷的組成為(ZnO)0.92(Pr6O11)0.01(Y2O3)0.005(Co2O3)0.02(Cr2O3)0.01(BaO)0.005(Sb2O3)0.02(Al2O3)0.01。
用上述實施例中的方法制成的銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料，加工成觸頭后，其密度可達9.6～9.8g/cm3，電阻率2.1～2.7μΩ·cm。
權利要求
1.銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料，其特征在于，組成如下，重量百分比銀 80-95％，壓敏復合陶瓷1-15％，金屬Ni、Fe之一或者其組合或/和金屬氧化物 0.5-5％。
2.根據(jù)權利要求1所述的銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料，其特征在于，所述的壓敏復合陶瓷是一種復合陶瓷化合物，其化學分子式為(ZnO)1-x-y-z(ReO)x(TO)y(MO)z，其中ZnO是陶瓷化合物的主體成分，0.85≤1-x-y-z≤0.96；ReO是La2O3，Pr6O11，Sm2O3，Eu2O3，Y2O3稀土氧化物的一種或者其組合，0.001≤x≤0.05；TO是Co2O3，MnO2，Cr2O3，CuO，TiO2過渡金屬氧化物一種或者其組合，0.002≤y≤0.05；MO是Sb2O3，BaO，Bi2O3，Al2O3金屬氧化物一種或者其組合，0.005≤z≤0.1；將需要的各種氧化物通過化學或者物理方法進行混合，利用本領域常規(guī)的高溫固相反應合成壓敏復合陶瓷。
3.根據(jù)權利要求1所述的銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料，其特征在于，所述的金屬氧化物為Ni，In，Bi，Cu，Mo，W的氧化物之一或者其組合。
全文摘要
銀基壓敏復合陶瓷電接觸材料，屬于中低壓電器中的觸頭材料技術領域。材料組分(重量百分比)銀80－95％，壓敏復合陶瓷1－15％，金屬和金屬氧化物0.5－5％。本發(fā)明的材料具有電阻率低，導熱、導電性好，抗電燒蝕和抗熔焊能力強，機械加工性好，無毒等優(yōu)點，可以制備成絲材、板材、棒材，不需要內(nèi)氧化，降低了生產(chǎn)成本，該材料的加工性優(yōu)于Ag/SnO
文檔編號H01B1/02GK1487544SQ0313899
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月12日 優(yōu)先權日2003年8月12日
發(fā)明者陳延學, 王成建, 梅良模, 欒開政, 閻景賢, 徐榮歷 申請人:山東大學