一种银‑陶瓷电接触复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种银‑陶瓷电接触复合材料及其制备方法，该银‑陶瓷电接触复合材料成分(重量％)为：陶瓷(Ti3AlC2)为：1％～5％，稀土氧化物(Y2O3)为：0.1％～5.0％，稀土氧化物(Gd2O3)为：0.1％～5.0％，氧化锡(Sn2O3)为：0.1％～5.0％，余量为Ag。制备方法包括：将银粉与陶瓷粉、稀土氧化物粉、氧化锡粉等，比配好搅拌混合均匀，采用热等静压高致密化处理和热加工，获得一种长寿命自润滑银‑陶瓷电接触复合材料。本发明专利技术制备工艺简单，对环境无污染，复合材料的综合性能优异且稳定，适合于工业化生产，所得到的复合材料已应用于制备电工触头材料、电刷材料、受电弓滑板、电极材料等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种银-陶瓷电接触复合材料及其制备方法，属于银基电工材料领域。技术背景银-陶瓷系列电工材料主要有AgSnO2、AgSnO2In2O3、AgZnO、AgWC、AgTiC、AgBN、AgCdO等，其中，AgCdO电工触头材料(含CdO：8％～15％)由于其优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性和较低的接触电阻，长期以来被称为“最好的电接触材料”。但是由于镉元素及其化合物的存在，在AgCdO材料的生产、使用、回收等过程中都面临着“镉毒”的污染问题。这是由于(1)CdO会聚集在生物体内，如在肾赃、骨骼及血液中，使其毒性增强；(2)对于人类来说，镉及其化合物为第二类毒性化学物质，特别是容易导致肝癌、肺癌等。(3)镉及其化合物在环境中的迁移率很高，很容易传播和扩散，对人体和自然环境具有较大的破坏和污染作用，吸收含镉的烟雾或尘埃超过临界含量时均对人体有害，会引起骨痛病、呼吸道疾病、肾衰竭等，重者危及人体生命。鉴于AgCdO材料存在的污染环境、危害人体健康等问题，国内外有关行业进行了大量的研究和开发工作。国际上如，德国(Degussa、Doduco、SIEMENS公司)、英国(JMM公司)、日本(东芝、田中、中外电器、佳友会社)、美国(西屋公司、Fensteel联合公司、Mallory公司)等；国内，如昆明贵金属研究所、桂林电科所、上海电科所、佛山精密电工合金有限公司、苏州电工合金有限公司、上海中希电工有限公司、桂林金格电工有限公司、天津大都克电工合金有限公司等单位，进行了大量卓有成效的工作。在银-陶瓷系列电接触复合材料中，银-氧化锡材料是众多代镉材料中较理想的一种，但是AgSn合金内氧化时表面生成致密的SnO2，会阻止合金继续内氧
化，加入In可以加速合金的内氧化，但是In的价格昂贵，资源储备较少，成本较高。而且银-氧化锡复合材料的温升比银-氧化镉复合材料的高，严重地影响了复合材料的接触电阻和抗熔焊性能。同时，AgSnO2材料加工困难的难题，一直均未得到很好地解决。
技术实现思路
本专利技术的银-陶瓷电接触复合材料成分(重量％)为：陶瓷(Ti3AlC2)为：1％～5％，稀土氧化物(Y2O3)为：0.1％～5.0％，稀土氧化物(Gd2O3)为：0.1％～5.0％，氧化锡(Sn2O3)为：0.1％～5.0％，余量为Ag。本专利技术的银-陶瓷电接触复合材料的制备方法如下：(1)将化学共沉淀法制备的-100目Ag粉末与-300目Ti3AlC2陶瓷、稀土氧化物、氧化锡粉末，按重量百分数的材料成分要求配比好，放入高能搅拌式球磨罐体中，以转速100r/min～1000r/min，交变时间为1-2min，球料比为(3-5):1，球磨7～10小时后，得到混合均匀的银-陶瓷复合粉体材料。(2)将过程(1)中混合均匀的银-陶瓷复合粉体材料放于真空退火炉中进行净化处理，以消除高能球磨加工硬化产生的内应力，热处理温度为200℃～400℃，时间为2～3小时。(3)将过程(2)中获得的银-陶瓷复合粉体材料装入到圆形的不锈钢包套中，进行热等静压致密化成型加工；具体工艺为：预抽真空度为<1×10-3Pa，升温速率10℃～20℃/min，温度为700℃～900℃，压力为100MPa～200MPa，保压时间2～3小时，获得相对密度在99.8％以上的高致密银-陶瓷复合材料。(4)再将银-陶瓷复合材料锭坯挤压为板材、丝材，挤压比>30:1，挤压温度为550℃～850℃。(5)挤压材料再经过轧制、拉拔、热处理等加工，制备成丝材、板材、异型材等制品；轧制、拉拔变形量为20％～60％，热处理温度为450℃～750℃，最终获得银-陶瓷电触头复合材料。昆明贵金属研究所在长期从事贵金属电工触头材料研究和开发的基础上，
选择：Ti3AlC2、Y2O3、Gd2O3、Sn2O3陶瓷作为自润滑相和强化相，发现混合陶瓷的加入会有效地提高银基电接触材料的抗电弧烧蚀能力、改善材料的抗熔焊性，促进材料电接触性能的提高。同时，高能搅拌式球磨技术，还形成细微的等轴晶粒组织，陶瓷、稀土氧化物等颗粒，均匀分布于银基体的晶内和晶界上，改善了材料的组织均匀性，提高了材料的物理、力学、电学和电接触性能等，同时对复合材料的塑性和电阻率影响较小。利用添加陶瓷混合物制备复合材料，热等静压、热挤压加工等先进加工技术的优化集成，为银-陶瓷电接触复合材料的制备提供了新途径。具体实施方式本专利技术的银-陶瓷电接触复合材料的制备方法如下：(1)将化学共沉淀法制备的-100目Ag粉末与-300目Ti3AlC2陶瓷、稀土氧化物、氧化锡粉末，按重量百分数的材料成分要求配比好，放入高能搅拌式球磨罐体中，以转速100r/min～1000r/min，交变时间为1-2min，球料比为(3-5):1，球磨7～10小时后，得到混合均匀的银-陶瓷复合粉体材料。(2)将过程(1)中混合均匀的银-陶瓷复合粉体材料放于真空退火炉中进行净化处理，以消除高能球磨加工硬化产生的内应力，热处理温度为200℃～400℃，时间为2～3小时。(3)将过程(2)中获得的银-陶瓷复合粉体材料装入到圆形的不锈钢包套中，进行热等静压致密化成型加工；具体工艺为：预抽真空度为<1×10-3Pa，升温速率10℃～20℃/min，温度为700℃～900℃，压力为100MPa～200MPa，保压时间2～3小时，获得相对密度在99.8％以上的高致密银-陶瓷复合材料。(4)再将银-陶瓷复合材料锭坯挤压为板材、丝材，挤压比>30:1，挤压温度为550℃～850℃。(5)挤压材料再经过轧制、拉拔、热处理等加工，制备成丝材、板材、异型材等制品；轧制、拉拔变形量为20％～60％，热处理温度为450℃～750℃，最终获得银-陶瓷电触头复合材料。本专利技术的银-陶瓷电接触复合材料的具体实施列如下：(1)复合材料的物理、力学性能如表1所示。表1.银-陶瓷电接触复合材料的性能指标(2)本专利技术的银-陶瓷电接触复合材料在ASTM综合电性能试验机上进行电接触性能实验，具体结果如表2所示。表2.银-陶瓷电接触复合材料电接触性能指标序号材料名称试验条件工作寿命/万次1Ag-1.0Ti3AlC20.5Y2O30.5Gd2O30.5SnO2AC:220V,10A102Ag-2.0Ti3AlC21.0Y2O31.0Gd2O31.0SnO2AC:220V,15A203Ag-3.0Ti3AlC21.5Y2O31.5Gd2O31.5SnO2AC:220V,20A104Ag-5.0Ti3AlC22.0Y2O32.0Gd2O32.0SnO2AC:220V,30A20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种银‑陶瓷电接触复合材料，其特征在于：银‑陶瓷电接触复合材料成分重量百分比为：陶瓷(Ti3AlC2)为：1％～5％，稀土氧化物(Y2O3)为：0.1％～5.0％，稀土氧化物(Gd2O3)为：0.1％～5.0％，氧化锡(Sn2O3)为：0.1％～5.0％，余量为Ag。

【技术特征摘要】
1.一种银-陶瓷电接触复合材料，其特征在于：银-陶瓷电接触复合材料成分重量百分比为：陶瓷(Ti3AlC2)为：1％～5％，稀土氧化物(Y2O3)为：0.1％～5.0％，稀土氧化物(Gd2O3)为：0.1％～5.0％，氧化锡(Sn2O3)为：0.1％～5.0％，余量为Ag。2.一种按权利1要求所述的银-陶瓷新型功能材料的制备方法，其特征包括以下工艺过程：(1)将化学共沉淀法制备的-100目Ag粉末与-300目的Ti3AlC2陶瓷、稀土氧化物、氧化锡粉末，银-陶瓷电接触复合材料成分重量百分比为：陶瓷(Ti3AlC2)为：1％～5％，稀土氧化物(Y2O3)为：0.1％～5.0％，稀土氧化物(Gd2O3)为：0.1％～5.0％，氧化锡(Sn2O3)为：0.1％～5.0％，余量为Ag的材料成分要求配比好，放入高能搅拌式球磨罐体中，以转速100r/min～1000r/min，交变时间为1-2min，球料比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢明，孙旭东，陈家林，孙绍霞，杨有才，陈永泰，刘满门，王松，胡洁琼，王塞北，张吉明，李爱坤，朱刚，李再久，陈松，
申请(专利权)人：昆明贵金属研究所，
类型：发明
国别省市：云南;53