AgSnO2电触头材料制备技术综述.pdf
A g S n 0 2 电触头材料制备技术综述李立严1，詹亚萍2，陈京生2(1 桂林金格电工电子材料科技有限公司，广西桂林5 4 1 0 0 4：2 桂林电器科学研究所，广西桂林5 4 1 0 0 4)摘要：A g S n 0 2 电触头材料属环境友好型材料。随其制备技术的发展和性能的改进，A g S n 0 2 电触头材料在低压电器领域的应用逐渐扩大。本文综述了A g S n 0 2 电触头材料的发展现状，着重介绍了其制备技术及方法，并分析了添加物对A g S n 0 2 电触头材料物理特性和电弧侵蚀特性的影响。关键词：A g S n 0 2 电触头；制备技术；电性能V e v i e wo nt h eM a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g yo fA g S n 0 2E l e c t r i cC o n t a c tM a t e r i a lL IL i y a n l，Z H A NY a p i n 9 2，C H E NJ i n g s h e n 9 2(J G u i l i nC o n i n s tE l e c t r i c a l E l e c t r o n i cM a t e r i a l sC o，L t d，G u i l i n5 4 1 0 0 4，C h i n a；2 G u i l i nE l e c t r i c a lE q u i p m e n tS c i e n t i f i cR e s e a r c hI n s t i t u t e,G u i l i n5 4 1 0 0 4，C h i n a)A b s t r a c t：A g S n 0 2i sa ne n v i r o n m e n t f r i e n d l ye l e c t r i cc o n t a c tm a t e r i a l W i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n di m p r o v e m e n ti np e r f o r m a n c e，t h ea p p l i c a t i o no fA g S n 0 2e l e c t r i cc o n t a c tm a t e r i a li nl o w v o l t a g ea p p a r a t u sh a sg r o w nl a r g e ra n dw i d e r I nt h i sp a p e r,t h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fA g S n 0 2m a t e r i a lw a sr e v i e w e da n dt h em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n dm e t h o d sw e r ep r e s e n t e di nd e t a i l I na d d i t i o n，t h ee f f e c t so fa d d i t i v e so nt h em e c h a n i c a la n dp h y s i c a lp r o p e r t i e sa n dt h ea r ce r o s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fA g S n 0 2c o n t a c tm a t e r i a lw e r ea n a l y z e d K e yw o r d s：A g S n 0 2e l e c t r i cc o n t a c tm a t e r i a l；m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y；e l e c t r i c a lp e r f o r m a n c e作者简介：李立严(1 9 6 6 一)，男，广西来宾人，高级工程师，从事电触头材料的经营管理，(电话)0 7 7 3 5 8 8 8 3 7 9。1引言。A g S n 0 2 电触头材料是由第二相S n 0 2 弥散分布于A g 基体中的金属复合材料。自2 0世纪7 0 年代中期日本首先用合金内氧化法成功制备出A g S n 0 2 电触头材料以来，关于A g S n 0 2 电触头材料的研究方兴未艾，在材料的成分、工艺、性能等方面都取得了积极的进展，其应用领域逐渐扩大。本文对A g S n 0 2 电触头材料目前的制备技术及添加元素对材料电性能的影响进行了归纳，旨在对A g S n 0 2 电触头材料的制备技术现状有更清楚的了解。2A g S n 0。电触头材料制备技术2 1 机械合金化技术机械合金化技术是一种高能球磨技术【l】，是一种固态下合成平衡相、非平衡相或混合相的工艺，可以达到元素间原子级水平的合金化。机械合金化工艺制备A g S n 0 2 触头材料的机理为：第一阶段以S n 0 2 颗粒破碎为主，作用时间较短；第二个阶段以颗粒分布均匀为主。通过调整机械合金化工艺，可获得显微组织结构均匀、具有适当力学性能和良好加工性能的金属基复合材料。采用机械合金化工艺制备的A g S n 0 2 触头材料，与采用常规粉末冶金工艺制备的A g C d O、A g S n 0 2 触头材料相比，具有硬度高、密度几乎等于其理论密度、电导率高、氧化物在A g 基体中弥散分布等特点。反应球磨技术是在球磨过程中利用金属或合金粉末与其他单质或化合物之间的化学反应而制备所需材料的技术，是机械合金化工艺技术新的发展方向。通过对A 9 3 S n 和A 9 2 0 进行高能球磨，使之发生反应，即A 9 3 S n+2 A 9 2 0 一一7 A g+S n 0 2，由此制备出纳米尺度的S n 0 2 高度弥散分布于A g 基中的A g S n 0 2 触头材料。2 2 反应喷雾法反应雾化法2 1 制造S n 0 2 粉末工艺过程为：将含有所需粉末元素的水溶液(如S n 的氯化物、s n 的醋酸盐等)进行热分解。即将此种溶液喷入一个热反应容器中，蒸发水分，反应后粉末即从液滴中产出。溶液中有少量几种添加物，如S n 的氯化物、S n 的醋酸盐等不同的盐类，这些起初含有盐类或氢氧化物的微粒与容器中的水蒸汽反应，生成氧化物、混合氧化物或氧化物的混合体。通过改变反应参数(温度、液滴尺寸等)影响液滴的2 1化学性质，最终获得所需的化合物粉末。试验结果表明，反应喷雾法得到的S n 0 2 颗粒内不同成分的分布极为均匀。将掺杂S n 0 2 粉末与A g 粉混合，经冷压、烧结制造成的新型A g S n 0 2 触点材料不仅在A C 3 条件下的寿命有所提高，而且在容性负载应用条件下性能也令人满意。德国I n o v a nG m b H&C o 公司研究的“喷雾法”是将含A g、S n等的硝酸盐溶液流入一垂直的高温(9 0 0。C)反应炉中，溶液经雾化、蒸发、分解后，在炉底收集得到A g M e O 粉末。M e O 包括S n 0 2 和I n 2 0 3、C u O 等氧化物。这种方法可制造具有不同组成和微结构的触头材料。但反应喷雾法的不足之处是其反应离不开高压设备，设备投资大，成本较高。2 3 化学共沉淀法对A g S n 0 2 复合粉化学共沉淀法【l】的研究主要集中在溶液中的A g 被沉积在悬浮的S n 0 2 颗粒上。A g S n 0 2 复合粉化学共沉淀法具体制备工艺变化多样，各具特色，因氧化物种类及颗粒大小、沉积体系及还原过程不同而存在较大差异。欧洲专利的方法是在含悬浮S n 0 2 颗粒的A g N 0 3 溶液中，使A g N 0 3 以A 9 2 0 的形式沉积在S n 0 2 颗粒上，得到A 9 2 0、S n 0 2 混合粉，所得混合粉加热使A 9 2 0 还原为A g，从而得到A g S n 0 2 复合粉。在A 9 2 0 的沉积条件下，溶液中的添加剂很难沉积出来，因此该法在添加剂的选择上受到较大限制。美国专利的方法可任意选择添加剂及添加量，其沉积过程为：将含悬浮S n 0 2 的A g N 0 3 溶液喷射到含还原剂(水合阱)的容器中，或者将水合阱喷射到含悬浮S n 0 2 的A g N 0 3 溶液中，还原得到复合粉，经过粉碎、压磨后得到分布均匀、流动性好的粉体。但该方法存在一些不足，所采用的还原剂水合阱对人体健康和环境有害；在沉积过程中产生的大量微细A g 颗粒不能与氧化物颗粒很好结合，复合粉均匀一致性稍差；在进一步处理过程中，将会产生大量的粗大A g 簇。国内研究的化学镀包覆法【3】是在T i O 掺杂纳米S n 0 2 粉末的水溶液中，滴加水合阱后，加入到含适量A g N 0 3 的水溶液中，充分搅拌，同时加入少量氨水，得到A g 包覆S n 0 2 颗粒沉淀物。超声化学包覆法的特点是：将绝缘S n 0 2 通过掺杂锑(s b)元素改性为导电S n 0 2，降低了材料的电阻，特别是高温电阻；在包覆反应中引入超声能量。在化学反应中引入超声能量可使S n 0 2 更加均匀弥散分布在反应悬浮液中，使S n 0 2 颗粒能最大限度地弥散分布在A g 基体中。化学共沉淀法的缺点是S n 0 2 颗粒尺寸均匀性差，在2 2粉体制备过程中存在着酸、碱、盐的污染问题。图l 是超声化学包覆法工艺流程吲。A g s n 0 2图1 超声化学包覆法工艺流程2 4 高压内氧化工艺高压内氧化工艺【2】是在氧压大于1 0 M P a 下对A g S n 二元合金进行高压氧化。所制备材料中的S n 0 2 颗粒细小、均匀、弥散分布于A g 基体中，在该材料中心区域不会出现氧化物贫乏层。其突出特点是即使S n 含量为6 1 0(原子分数)也可以实现二元合金的内氧化，而常规氧化则很难做到。采用高氧分压可以有效抑制氧扩散速度的降低，使A g 基体内氧化物颗粒弥散分布：同时在高氧分压下，添加元素难于向表面扩散，甚至添加高浓度元素的材料表面也不会出现氧化物致密层，因此在材料中心部位不会呈现氧化物稀薄层。缺点是：氧化物呈波状析出，降低了触头的耐损蚀性；其电导率比低压内氧化材料低，原因是在高压内氧化时，氧在材料中过量扩散，呈过饱和固溶体，导致触头材料电导率降低：接触电阻稳定性有问题；材料在较高温度下仍具有很高的硬度，给触头成形N-r 造成困难。为了避免高压内氧化法的缺点，常采用高压氧化后对材料在比高压内氧化温度高、比高压内氧化氧压低、或实际上不含氧的气氛中进行热处理，可有效增加材料的电导率，从而使该材料的电性能大大优于常规的A g 基材料。2 5 反应合成技术反应合成技术5 1 制备A g S n 0 2 电触头材料的工艺为：配料一一压制一一反应合成(烧结)一一挤压一一拉拔成丝材。在原料锭坯烧结过程中引入原位化学反应一一A g 基体反应合成增强相S n 0 2。其反应式为：A 9 3 S n+2 A 9 2 0 一一7 A g+S n 0 2。通过控制原料状态、反应气氛、反应温度、反应速度等工艺参数控制S n 0 2 颗粒的含量、分布和大小。该技术的特点是将粉末冶金技术与内氧化技术相结合，材料制备过程与粉末冶金法相当，材料合成技术与内氧化法相近。反应合成技术制备的A g S n 0 2 电触点材料，其S n 0 2 颗粒是在A g 基体内部通过反应原位获得的，新鲜、洁净的S n 0 2 颗粒表面与A g 基体具备了通过化学键结合的可能性，解决了S n 0 2 颗粒与A g 基体的界面相容性问题，并且S n 0 2 颗粒的弥散随加工过程完成，易于材料的后续加工。因此，与传统的粉末冶金法制备的A g S n 0 2 电触头材料相比，该法所得材料的加工性能大为改善，基本解决了粉末冶金法制备的A g S n 0 2 电触头材料难于加工的问题；与内氧化法制备的A g S n 0 2 电触点材料相比，该法所得材料的电阻率减小，较好地解决了内氧化法制备的A g S n 0 2 电触点材料电阻率高、适用范围窄的问题。该法原料准备简单，工艺流程短，生产过程无污染，产品质量稳定。2 6 溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法6 1 制备S n 0 2 T i 0 2 粉末的工艺流程为：在一定配比的S n C l 4 和T i C l 4 的醇水溶液中加入聚7,-醇、P E G、分散剂，边搅拌边滴入氨水至p H=7，静置沉化l 2天，洗涤、烘干获得凝胶，再经研磨得到纳米S n 0 2 T i 0 2 粉末。将制得的纳米S n 0 2 T i 0 2粉末用化学镀的方法进行包覆后与纯A g 粉按9 0：1 0 的比例混合，放入模具中压制成型，烧结，制成A g S n 0 2 一T i 0 2 触头材料。2 7 粉末预氧化工艺粉末预氧化工艺是一种将粉末冶金法与合金内氧化法相结合的新工艺，同时兼有这两种工艺的特点，而且克服了二者的不足。其典型工艺流程是：A g S n 合金熔化后，将其液流破碎成细粉，合金粉末经内氧化后用一般粉末冶金方法进行压制、烧结、挤压。该工艺利用快速凝固的特点，使金属氧化物质点细小(2 0 0 0)，稳定性较高，且悬浮于A g 熔池中可增大其粘度，减少A g 的侵蚀和迁移。在A g 合金中加入稀土后其硬化效果明显，这是由于稀土降低了A g 的层错能，在冷变形中使扩展位错的交滑移更困难，位错密度提高，且稀土元素偏聚在晶界附近，形成了稳定分散的第二相，强化了A g 合金；在加热过程中，这些第二相对晶界运动产生了较强的阻力，使再结晶晶粒的形核和长大受到抑制，从而提高了再结晶温度，从而使触头材料的抗熔焊性、耐电弧烧损性增加。4 结束语鉴于环保需求，人们对环保型A g S n 0 2 电触头材料的研究方兴未艾，其研究开发及应用取得了很大进展，目前已有的制备工艺都有着各自的特点。随着A g S n 0 2 电触头材料应用领域的不断扩大，对该材料的要求会越来越高。由于A g S n 0 2 的个性化特性，在不同的应用场合中A g S n 0 2 材料的性能需要改进和提高的地方会不断地显现出来，由此也将会带来其制备工艺的不断完善和改进。随着科技的快速发展以及装备和技术的不断更新，相信今后会出现更适用的工艺技术以满足A g S n 0 2 电触头材料的制备需求。2 8参考文献：【1】杜作娟，杨天足，吉映莹，等A g S n 0 2 电触点材料制备方法进展【J】材料导报，2 0 0 5，1 9(2)：3 9-4 2【2】张尧卿，郑冀A g S n 0 2 电接触材料研究概述【J】材料导报，2 0 0 6，2 0(4)：5 3 5 7【3】郑冀，李松林，高后秀，等纳米氧化锡银基电触头材料的研究阴稀有金属材料与工程，2 0 0 3，3 2(1 0)：8 2 9 8 3 1【4】周兆锋，甘卫平A g S n 0 2 触点材料的研究进展【J】稀有金属与硬质合金，2 0 0 4，3 2(2)：5 3 5 6【5】陈敬超，孙加林，张昆华，等反应合成法制各银氧化锡电接触材料阴机电元件，2 0 0 1，2 1(3)：1 7 2 0【6】郑冀，高晶，李松林，等新型银氧化锡电接触材料【J】稀有金属材料与工程，2 0 0 5，3 4(3)：4 8 3-4 8 5【7】荣命哲，万江文，王其平含微量添加剂的A g S n 0 2 触头材料电弧侵蚀机理【J】西安交通大学学报，1 9 9 7，31(11)：1 7【8】王家真，王亚平，杨志懋，等C u O 添加剂对A g S n 0 2 润湿性与界面特性的影响【J】稀有金属材料与工程，2 0 0 5，3 4(3)：4 0 5-4 0 8【9】曹曙光，谢明，陈力，等稀土元素在银氧化锡触头材料中作用的研究【刀贵金属，2 0 0 5，2 6(1)：1 7 2 0 AgSnO2电触头材料制备技术综述AgSnO2电触头材料制备技术综述作者：李立严，詹亚萍，陈京生作者单位：李立严(桂林金格电工电子材料科技有限公司,广西桂林 541004)，詹亚萍,陈京生(桂林电器科学研究所,广西桂林 541004)本文链接：http:/
