一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料的制备方法。为了解决现有的银氧化锡电接触材料的制备时存在氧化锡与银基体之间的润湿性差，造成的电接触寿命短的问题。方法：自蔓延燃烧法、高温固相法制备碱基金属掺杂氧化锡粉体，混合碱基金属离子掺杂氧化锡粉体与银粉得到混合粉体；初压混合粉体得到坯料；初烧坯料得到烧结坯；复压烧结坯；复烧。本发明专利技术中碱基金属离子的掺杂可改善氧化锡与银基体之间的润湿性；结合高能球磨混合粉体保证材料高效致密化，提高第二相分散效果，提高电接触性能。本发明专利技术适用于制备银氧化锡电接触材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及碱基金属掺杂材料领域，具体涉及一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]低压电器接触元件多采用粉末冶金方法制造的银基电接触材料。低压电接触元件在机械冲击和局部电弧烧蚀等交变载荷条件下服役，因而对电接触材料耐电弧烧蚀特性提出了很高要求。在接触器用电接触材料中，Ag/CdO具有最优异的性能，被广泛应用于各应用等级。但由于Cd具有严重的毒性，因此，欧盟在2002年发布RoHS指令，明确禁止Cd在电子电器设备中使用。
[0003]多年来，研究者发现添加特定的氧化物，如In2O3,CuO，可有效提高Ag与SnO2的润湿性，从而提高电触头的电寿命。随后，研究者猜测添加的氧化物能提高Ag与SnO2的润湿性的关键在于，在电弧的作用下，来自CuO的Cu
2+
掺杂进入了SnO2的晶格，改变了其物理化学特性，从而使其与Ag具有更好的润湿性。基于该猜想，研究者进行了大量不同碱基金属离子掺杂改性SnO2/Ag电接触材料的研究，如Cu
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,Fe
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,Al
3+
,Sb
5+
等)，结果表明，碱基金属离子掺杂可有效提高Ag与SnO2的润湿性，从而延长电触头的电寿命。然而，一方面由于上述研究的烧蚀条件不统一，延长电触头电寿命最优的掺杂碱基金属离子还未有定论；另一方面，由于掺杂SnO2粉体的制备工艺有诸如成本高，不环保，产率低等问题。<br/>[0004]经多年研究，Ag/SnO2系电接触材料被认为是最好的替代者。但是据2020年中国电器工业协会统计，Ag/CdO在国内低压接触器上仍占有46.7％的份额。到目前为止，还未见相关碱基金属离子掺杂Ag/SnO2电接触材料出现在市场上。为了面对越来越严格的“无镉”要求，急需提供一种Ag/SnO2系电接触材料。
[0005]对于Ag/SnO2系材料的电接触性能而言，氧化锡与银之间的润湿性至关重要，主要有以下三个方面：(1)致密化程度：对于粉末冶金体来说，两相间润湿性差时，材料的第二相与基体之间由于相界面结合较差，使材料致密化困难，而含2％孔隙率的坯件的抗拉强度相对于无孔隙坯件下降50％；(2)电弧烧蚀量：电触头对的断开与闭合时，会引发短时电弧放电，在电弧局部高温、洛伦兹力等共同作用下，基体银会熔化飞溅造成质量损失。若难熔的氧化物与基体有较好的润湿性，则氧化物能起到稳定银熔池、减缓其飞溅的作用，从而降低电弧烧蚀量；(3)接触电阻：在烧蚀过程中由于基体银的持续流失，难熔氧化物会逐渐富集于表面，严重时将导致局部电流导通断路。若氧化物与基体有较好的润湿性，银熔池也会对氧化物的富集形成很好的阻力，从而提高接触电阻的稳定性。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种两相润湿性好、能降低电弧烧蚀量、提高接触电阻稳定性的碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料及其制备方法和应用。
[0007]本专利技术一方面提供了一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料，其组成成分包含Ag、SnO2和碱基金属，其中碱基金属包含Li、Na和/或K；
[0008]所述碱基金属的原材料选自碱基金属的氯化物、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐；
[0009]所述SnO2和碱基金属的总量中，碱基金属的摩尔百分比为1
‑
20％；Ag、SnO2和碱基金属的总量中，SnO2和碱基金属共占6
‑
15wt.％。
[0010]进一步地，所述SnO2和碱基金属的总量中，碱基金属的摩尔百分比为5
‑
8％；Ag、SnO2和碱基金属的总量中，SnO2和碱基金属共占6
‑
12wt.％。
[0011]进一步地，所述SnO2和碱基金属的总量中，碱基金属的摩尔百分比为5％；Ag、SnO2和碱基金属的总量中，SnO2和碱基金属共占10wt.％。
[0012]进一步地，所述材料制备过程中采用自蔓延燃烧法或高温固相烧结法；
[0013]本专利技术还提供了一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料的制备方法，按照以下步骤进行：
[0014]一、采用自蔓延燃烧法或高温固相烧结法制备碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体
[0015](1)自蔓延燃烧法
[0016]将氯化锡、有机燃料和碱基化合物溶于去离子水，再经过10
‑
60min磁力搅拌混合，随后在300
‑
800℃下加热至自蔓延燃烧，获得碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体；
[0017]所述碱基化合物中的碱基金属选自锂、钠和/或钾；
[0018](2)高温固相烧结法制备碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体；
[0019]将二氧化锡和碱基化合物均匀混合，随后将粉体烘干并在500
‑
2000℃下煅烧6
‑
24h，获得碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体；
[0020]所述碱基化合物中的碱基金属选自锂、钠和/或钾；
[0021]二、高能球磨机混合得到混合粉体
[0022]采用高能球磨机混合碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体与银粉，得到混合粉体；所述混合粉体中，碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体的含量为8～15wt.％；高能球磨机的球磨速度为100～300rad/min，球磨时间为4h，球料比(5～10)：1，大球、中球和小球的质量比为1：2：2；大球、中球和小球的直径分别为10mm、5mm和2mm；
[0023]三、初压混合粉体得到坯料
[0024]所述初压是以100～300MPa压力将混合粉体压制成坯，保压时间不少于40s；
[0025]四、初烧坯料得到烧结坯
[0026]所述初烧是将坯料置于马弗炉中，在空气环境中，于860
‑
940℃下烧结2
‑
4h，得到烧结坯；
[0027]五、复压烧结坯
[0028]所述复压的压力为1000
‑
1200MPa，保压时间不少于40s，得到复压烧结坯；
[0029]六、复烧
[0030]所述复烧是将复压烧结坯置于马弗炉中，在空气环境中，于860
‑
940℃条件下烧结2
‑
4h，即得所述材料。
[0031]进一步的，步骤一采用自蔓延燃烧法时，磁力搅拌混合时间为30min，自蔓延燃烧的温度为400
‑
500℃。
[0032]进一步的，步骤一采用高温固相烧结法时，在900
‑
1100℃下煅烧12h。
[0033]进一步的，所述的碱基金属盐选自碱基金属的氯化物、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐。
[0034]本专利技术还提供了一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料在电接触材料中的应用，所述材料采用前述材料或前述方法制备的材料。
[0035]本专利技术的有益效果：
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料，其特征在于：其组成成分包含Ag、SnO2和碱基金属，其中碱基金属包含Li、Na和/或K。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述碱基金属的原材料选自碱基金属的氯化物、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述SnO2和碱基金属的总量中，碱基金属的摩尔百分比为1
‑
20％；Ag、SnO2和碱基金属的总量中，SnO2和碱基金属共占6
‑
15wt.％。4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述电接触材料制备过程中采用自蔓延燃烧法或高温固相烧结法。5.一种碱基金属离子掺杂改性银氧化锡材料的制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行：一、采用自蔓延燃烧法或高温固相烧结法制备碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体(1)自蔓延燃烧法将氯化锡、有机燃料和碱基化合物溶于去离子水，再经过10
‑
60min磁力搅拌混合，随后在300
‑
800℃下加热至自蔓延燃烧，获得碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体；所述碱基化合物中的碱基金属选自锂、钠和/或钾；(2)高温固相烧结法制备碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体；将二氧化锡和碱基化合物均匀混合，随后将粉体烘干并在500
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2000℃下煅烧6
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24h，获得碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体；所述碱基化合物中的碱基金属选自锂、钠和/或钾；二、高能球磨机混合得到混合粉体采用高能球磨机混合碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体与银粉，得到混合粉体；所述混合粉体中，碱基金属离子掺杂二氧化锡粉体的含量为8～15wt.％；高能球磨机的球磨速度为100～300rad/min，球磨时间为4h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷文伟，何小其，
申请(专利权)人：宁波工业互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：