一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法技术

本申请提供一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法，首先构建Ag/Ni界面模型，即第一界面模型，然后将待掺杂的第一元素、第二元素分别置换第一界面模型中的Ni原子，构建第二界面模型和第三界面模型；分别对第一界面模型、第二界面模型和第三界面模型进行优化，得到总能量最低的第一稳定结构、第二稳定结构、第三稳定结构，并分别计算出第一稳定结构、第二稳定结构、第三稳定结构的界面分离功、界面能、态密度、布居等数据，经过分析，得到最佳掺杂材料。该方法对有效筛选掺杂材料，减少实验探索的盲目性都具有较好的指导作用，从而大幅缩短新触头材料的研发周期，节约人力物力，降低研发成本。降低研发成本。降低研发成本。

【技术实现步骤摘要】
一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法


[0001]本申请涉及电触头材料
，尤其涉及一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法。

技术介绍

[0002]国际上通行的环保指令主要为欧盟的RoHS指令，指令要求禁止使用铅、汞、镉、六价铬、多溴二苯醚(PBDE)和多溴联苯(PBB)等六种有害物质。作为“万能触头”的Ag/CdO触头材料，因其性能优异而被广泛使用。但是在使用过程中，高温下CdO会分解出有毒的Cd蒸汽，对人体健康和环境安全造成了极大地危害。虽然RoHS指令的附件中豁免了电触头中Cd及其化合物的使用，但2019年欧盟对RoHS指令进行了修改，规定在大部分应用设备中电触头中的Cd及其化合物的使用可豁免至2021年7 月21日，少量特殊应用设备最晚可豁免至2024年7月21日。因此，电接触材料的无镉化是迫切需要解决的。Ag/Ni材料具有良好的导电性能、导热性能、电弧移动速度快、具有良好的延展性以及加工性能优异等优点，使得Ag/Ni材料是近年来大力发展的一种无镉银基触头材料，但是Ag/Ni材料存在着抗熔焊性较差的缺点，限制了Ag/Ni材料的广泛应用，所以通过掺杂其它元素来改善Ag/Ni触头材料抗熔焊性能一直以来备受关注。
[0003]但目前通过掺杂改善Ag/Ni触头材料的性能仍是根据经验采用不断“试错”的方式来寻找较佳的掺杂材料，造成了人力、物力和财力的浪费，制约着Ag/Ni材料的发展。如CN109136633A“一种高抗熔焊性的电触头材料及其制备方法”采用银粉78
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85份、镍粉4
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7份、石墨粉0.8
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1.2份、四氮化三钛0.1
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0.2份、碳化铌0.1
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0.2份、金刚石微粉0.05
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0.1份、二硼化锆0.05
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1 份、氧化铟锡0.03
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0.06份、氮化铝0.01
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0.03份制备得到较好抗熔焊性能银镍电接触材料，CN105779801B“一种石墨烯增强银镍电接触复合材料及其制备方法”是采用实验的手段掺杂石墨烯得到具有较好抗熔焊性能的银镍电接触材料，以及CN112048632A“一种银镍电接触材料的制备方法”采用银粉42
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86份、镍粉10
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25份、碳酸铷粉6
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12份、镧粉0.4
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0.7份和碳化钼粉2
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9份制备出了较好抗熔焊性能的银镍电接触材料。
[0004]目前探索掺杂其它元素改善Ag/Ni触头材料性能的研究几乎均采用实验盲目探索的方法，研发周期长，造成人力、物力和财力的极大浪费，致使投资大、效益低，因此探索新的材料研究模式，并能够有效指导实验，缩短材料研发的周期是当前的迫切需求。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是针对以上问题，提供一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法，通过构建含有掺杂材料的Ag/Ni界面模型，进行仿真计算分析，找到了最佳的掺杂材料。
[0006]本申请提供一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法，包括以下步骤：
[0007]构建Ag/Ni界面模型，设为第一界面模型；
[0008]选取两种掺杂元素，设为第一元素和第二元素；
[0009]分别用所述第一元素和所述第二元素置换所述第一界面模型中的Ni原子，得到第二界面模型和第三界面模型，所述第二界面模型为掺杂所述第一元素的界面模型，所述第三界面模型为掺杂所述第二元素的界面模型；
[0010]优化所述第一界面模型、所述第二界面模型和所述第三界面模型，得到第一稳定结构、第二稳定结构、第三稳定结构，所述第一稳定结构为所述第一界面模型总能量最低的结构，所述第二稳定结构为所述第二界面模型总能量最低的结构，所述第三稳定结构为所述第三界面模型总能量最低的结构；
[0011]分别计算所述第一稳定结构、所述第二稳定结构、所述第三稳定结构的界面分离功、界面能；
[0012]分别计算所述第一稳定结构、所述第二稳定结构和所述第三稳定结构的态密度，得到第一态密度图、第二态密度图和第三态密度图，所述第一态密度图对应于所述第一稳定结构，所述第二态密度图对应于所述第二稳定结构，所述第三态密度图对应于所述第三稳定结构；
[0013]分别计算所述第一稳定结构、所述第二稳定结构和所述第三稳定结构的布居，得到第一键重叠布居数据、第二键重叠布居数据和第三键重叠布居数据；
[0014]结合所述界面分离功、所述界面能、所述第一态密度图、所述第二态密度图和所述第三态密度图，分析所述第一键重叠布居数据、所述第二键重叠布居数据和所述第三键重叠布居数据，得到最佳掺杂材料。
[0015]根据本申请实施例提供的技术方案，构建所述第一界面模型包括以下步骤：
[0016]获取第一晶胞和第二晶胞，所述第一晶胞为Ag晶胞，所述第二晶胞为 Ni晶胞；
[0017]优化所述第一晶胞和所述第二晶胞，得到第三晶胞和第四晶胞，所述第三晶胞为所述第一晶胞优化后得到的最稳定晶胞结构，所述第四晶胞为所述第二晶胞优化后得到的最稳定晶胞结构；
[0018]分别获取所述第三晶胞的第一晶面和所述第四晶胞的第二晶面，并结合所述第一晶面与所述第二晶面建立所述第一界面模型。
[0019]根据本申请实施例提供的技术方案，在所述第一界面模型、所述第二界面模型和所述第三界面模型中均加入的真空层。
[0020]根据本申请实施例提供的技术方案，优化所述第一界面模型、所述第二界面模型和所述第三界面模型，得到第一稳定结构、第二稳定结构、第三稳定结构，包括以下步骤：
[0021]设定赝势、泛函、收敛精度；
[0022]用Materials Studio软件的CASTEP模块分别对所述第一界面模型、所述第二界面模型和所述第三界面模型进行优化，得到第一稳定结构、第二稳定结构、第三稳定结构。
[0023]根据本申请实施例提供的技术方案，优化所述第一晶胞和所述第二晶胞，得到第三晶胞和第四晶胞，包括以下步骤：
[0024]设定赝势、泛函、收敛精度；
[0025]用Materials Studio软件的CASTEP模块分别对所述第一晶胞和所述第二晶胞进行优化，得到第三晶胞和第四晶胞。
[0026]根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一晶面为(110)面，所述第二晶面为(211)面。
[0027]根据本申请实施例提供的技术方案，所述赝势为超软赝势。
[0028]根据本申请实施例提供的技术方案，所述泛函为广义梯度近似泛函。
[0029]根据本申请实施例提供的技术方案，所述收敛精度为“fine”。
[0030]与现有技术相比，本申请的有益效果是通过构建Ag/Ni界面模型，即第一界面模型，然后将待掺杂的第一元素、第二元素分别置换第一界面模型中的N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：构建Ag/Ni界面模型，设为第一界面模型；选取两种掺杂元素，设为第一元素和第二元素；分别用所述第一元素和所述第二元素置换所述第一界面模型中的Ni原子，得到第二界面模型和第三界面模型，所述第二界面模型为掺杂所述第一元素的界面模型，所述第三界面模型为掺杂所述第二元素的界面模型；优化所述第一界面模型、所述第二界面模型和所述第三界面模型，得到第一稳定结构、第二稳定结构、第三稳定结构，所述第一稳定结构为所述第一界面模型总能量最低的结构，所述第二稳定结构为所述第二界面模型总能量最低的结构，所述第三稳定结构为所述第三界面模型总能量最低的结构；分别计算所述第一稳定结构、所述第二稳定结构、所述第三稳定结构的界面分离功、界面能；分别计算所述第一稳定结构、所述第二稳定结构和所述第三稳定结构的态密度，得到第一态密度图、第二态密度图和第三态密度图，所述第一态密度图对应于所述第一稳定结构，所述第二态密度图对应于所述第二稳定结构，所述第三态密度图对应于所述第三稳定结构；分别计算所述第一稳定结构、所述第二稳定结构和所述第三稳定结构的布居，得到第一键重叠布居数据、第二键重叠布居数据和第三键重叠布居数据；结合所述界面分离功、所述界面能、所述第一态密度图、所述第二态密度图和所述第三态密度图，分析所述第一键重叠布居数据、所述第二键重叠布居数据和所述第三键重叠布居数据，得到最佳掺杂材料。2.根据权利要求1所述的一种获取改善环保型银镍触头抗熔焊性能最佳掺杂材料的方法，其特征在于，构建所述第一界面模型包括以下步骤：获取第一晶胞和第二晶胞，所述第一晶胞为Ag晶胞，所述第二晶胞为Ni晶胞；优化所述第一晶胞和所述第二晶胞，得到第三晶胞和第四晶胞，所述第三晶胞为所述第一晶胞优化后得到的最稳定晶胞结构，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王景芹，张颖，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：