一种银与MAX相高温润湿性的调控方法

一种银与max相高温润湿性的调控方法
技术领域
1.本发明属于金属
‑
陶瓷界面润湿技术领域，具体涉及一种银与max相高温润湿性的调控方法。


背景技术：

2.ag基电触头材料广泛应用于低压电路中，被成为“万能触头”的ag
‑
cdo因为cd毒问题已被禁止使用，而一些无cd触头材料也各自具有局限性，不能完全取代cdo。因此，开发性能优异且环保的新型增强相是ag基触头材料的一个重要的研究方向。
3.近年来，一种新型的导电陶瓷max相进入人们视野，由于复杂的键合结构，所以max相罕见地兼具金属和陶瓷特性，其诸多优异性能也非常契合ag基电接触材料增强相的要求。目前课题组前期已通过粉末冶金的方法制备ag/ti3alc2、ag/ti2alc、ag/ti2snc、ag/ti3sic2复合材料，并发现ag
‑
ti3alc2的抗电弧侵蚀性能可以媲美ag
‑
cdo，所以ag
‑
max材料在低压电接触领域具有显著的应用潜力。
4.在ag基触头材料中，ag与增强相之间的润湿性对于触头材料的性能具有重要影响：
①
ag会在电弧放电产生的高温下形成ag熔池，ag与增强相之间良好的润湿性可以增加熔池粘度，降低ag的飞溅，从而提高电触头材料的抗材料转移性能；
②
当温度逐渐冷却下来，良好的润湿性可以提高界面结合强度，减少空洞或者微裂纹等缺陷，从而提高电触头材料的耐电弧侵蚀性能。
5.界面润湿性包括反应性润湿与非反应性润湿，研究发现对于ag
‑
max体系，max相的基体性质决定其余ag之间的高温润湿性。本发明通过调整m
n+1
ax
n
相组分(m、a、x位置元素)或结构(n值)改变max相表面性质，最终达到调控ag与max润湿行为的目的，使得二者呈现从润湿(润湿角<90
°
)到不润湿(润湿角>90
°
)的状态变化。该技术对于开发高性能、无镉环保的ag
‑
max电接触材料具有重要意义。


技术实现要素：
：
6.技术问题：本发明的目的在于提出一种银与max相高温润湿性的调控方法，针对金属银与max材料高温润湿性的调控问题，提出了通过调整m
n+1
ax
n
相组分(m、a、x位置元素)或结构(n值)改变max相表面性质，最终达到调控ag与max润湿行为的目的，使得二者呈现从润湿(润湿角<90
°
)到不润湿(润湿角>90
°
)的状态变化。
7.技术方案：本发明采用如下技术方案：
8.一种银与max相高温润湿性的调控方法，包括如下步骤：
9.s1：以max相粉末为原料，通过放电等离子技术烧结制备高纯、致密的max基体材料；
10.s2：用座滴法测试max相与ag的高温润湿性；
11.s3：通过调整m
n+1
ax
n
相组分或者结构实现润湿性调控。
12.进一步地，步骤s1中，max相粉末纯度大于97％，粒径5
‑
75μm；放电等离子烧结工
艺：5
‑
50℃/min的升温速率加热到1200
‑
1550℃，保温10
‑
120min，烧结过程中施加压力10
‑
50mpa；制备的max块体材料相对密度大于95％。
13.进一步地，步骤s2中，座滴法测试条件为：ag柱置于max基体中心，放入高温接触角测量仪的炉管内部，真空(2
×
10
‑5mbar)或者ar气氛保护，以2
‑
10℃/min升到预定温度1000
‑
1200℃，保温5
‑
30min，记录润湿角随温度的变化情况。
14.进一步地，步骤s3中，为实现润湿性调控：max相组分调整包括m、a和x位置，其中m位置包括ti、v、cr、nb、ta，a位置包括al、si、ga、ge、sn，x位置包括c、n、b；max相结构调整包括n＝1
‑
4。
15.进一步地，步骤s3中为实现润湿性调控：max相组分调整包括m、a和x位置按照上述位置中两种以上元素形成的固溶体。
16.进一步地，步骤s3中润湿性调控特指在上述条件下，银与max相润湿行为呈现从润湿(润湿角<90
°
)到不润湿(润湿角>90
°
)的状态变化。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明的一种银与max相高温润湿性的调控方法，ag与增强相max的润湿性对于提高ag基触头的抗材料转移及耐电弧侵蚀性能具有重要影响，通过调控max相基体组分(m、a、x位置元素)或结构(n值)可以调控ag
‑
max体系润湿性，为开发性能更加优异的ag
‑
max触头材料提供新的设计思路，推动ag基触头材料无cd化进程。
附图说明
18.图1为ag
‑
ti3alc2润湿曲线；
19.图2为ag
‑
ti3sic2润湿曲线；
20.图3为ag
‑
ti3gec2润湿曲线。
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式对本发明进行详细的介绍。
22.一种银与max相高温润湿性的调控方法，包括如下步骤：
23.s1：以max相粉末为原料，通过放电等离子技术烧结制备高纯、致密的max基体材料；
24.s2：用座滴法测试max相与ag的高温润湿性；
25.s3：通过调整m
n+1
ax
n
相组分或者结构实现润湿性调控。
26.步骤s1中，max相粉末纯度大于97％，粒径5
‑
75μm；放电等离子烧结工艺：5
‑
50℃/min的升温速率加热到1200
‑
1550℃，保温10
‑
120min，烧结过程中施加压力10
‑
50mpa；制备的max块体材料相对密度大于95％。
27.步骤s2中，座滴法测试条件为：ag柱置于max基体中心，放入高温接触角测量仪的炉管内部，真空(2
×
10
‑5mbar)或者ar气氛保护，以2
‑
10℃/min升到预定温度1000
‑
1200℃，保温5
‑
30min，记录润湿角随温度的变化情况。
28.步骤s3中，为实现润湿性调控：max相组分调整包括m、a和x位置，其中m位置包括ti、v、cr、nb、ta，a位置包括al、si、ga、ge、sn，x位置包括c、n、b；max相结构调整包括n＝1
‑
4。
29.步骤s3中为实现润湿性调控：max相组分调整包括m、a和x位置按照上述位置中两种以上元素形成的固溶体。
30.步骤s3中润湿性调控特指在上述条件下，银与max相润湿行为呈现从润湿(润湿角<90
°
)到不润湿(润湿角>90
°
)的状态变化。
31.实施例1
32.取粒径为25μm的ti3alc2粉体放入直径为φ20mm的石墨盒中，在放电等离子设备中，以50℃/min的速率升温到1350℃，保温20min，压力为50mpa制备ti3alc2块体。随后通过座滴法在2
×
10
‑5mbr的真空环境下进行ag
‑
ti3alc2的高温润湿实验，以5
°
/min的升温速率升到1100℃，保温30min。ag
‑
ti3alc2的平衡接触角为17
°
左右，表明体系润湿性良好，界面分析结果表明ag
‑
ti3alc2为反应性润湿。如图1所示为ag
‑
ti3alc2润湿曲线。
33.实施例2
34.取粒径为50μm的ti3sic2粉体放入直径为φ20mm的石墨盒中，在放电等离子设备中，以50℃/min的速率升温到1350℃，保温20min，压力为50mpa制备ti3sic2块体。随后通过座滴法在2
×
10
‑5mbr的真空环境下进行ag
‑
ti3sic2高温润湿实验，以5
°
/min的升温速率升到1100℃，保温30min。ag
‑
ti3sic2的平衡接触角为55
°
左右，表明ag可以润湿ti3sic2基体，在润湿样品的界面处没有明显的反应层和扩散层发现，表明ag
‑
ti3sic2为非反应性润湿。如图2所示为ag
‑
ti3sic2润湿曲线。
35.实施例3
36.取粒径为50μm的ti3gec2粉体放入直径为φ20mm的石墨盒中，在放电等离子设备中，以50℃/min的速率升温到1500℃，保温20min，压力为50mpa制备ti3gec2块体。随后通过座滴法在2
×
10
‑5mbr的真空环境下进行ag
‑
ti3gec2高温润湿实验，以8
°
/min的升温速率升到1100℃，保温30min。ag
‑
ti3gec2的平衡接触角为125
°
左右，表明ag与ti3gec2的润湿性差。根据ag
‑
ti3gec2的界面分析，在润湿样品的界面处没有明显的反应层和扩散层发现，ag
‑
ti3gec2为非反应性润湿。如图3所示为ag
‑
ti3gec2润湿曲线。
37.上述实施方式仅为说明本发明的特点及内容所作的列举，本发明的保护范围不受其限制，仍以本发明权利要求书的内容为准。凡根据本发明实质所做的修饰或变换，均落入本发明的保护范围。