专利名称：可抗电弧冲蚀的银基-不含镉复合材的电接点材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电接点材料，特别涉及一种具有高硬度、耐磨耗性质下，仍兼有较低接触电阻特性，能够维持较佳抗电弧冲蚀能力的银基-不含镉复合材的电接点材料。
背景技术：
目前，电接点材料广泛运用于各种需进行电性接触才能实施运作的领域。例如通讯传输系统或电源输出控制、电子仪器连接及计算器(计算机)外围等。一般在电连接器或继电器开关运作瞬间，由于其两电极接点在即将接触或刚分离之际的间距较小，故在维持高电场分布的环境下，其二电接点间的电流会据此产生放电现象，进而形成所谓“电弧” 的物理现象。一般来说，在电弧冲蚀过程中，会造成二电接点间材料质量的转移，而在电接点表面形成凸起或凹口状；或由于表面因电弧冲蚀后金属熔融再凝固所形成的较粗糙的表面； 以及其它原因产生的污染或破坏现象，皆会使原电接触表面失去平坦而造成接触电阻值提升，进而影响电接点的工作效能。至于实际应用上，一般多使用白金为材料，但是，白金成本太高，因此便有用铜代替白金的趋势。然而，铜虽具高导电、热、低成本等优点，但却容易在铜表面形成氧化物，因此，还有提出具有与铜相同优点的银基材为材料。然而，银虽可抗氧化，但其强度较低、耐磨性不佳，电弧冲蚀现象严重，并不利于长时间电接点材的应用。后期出现了具有高导电、高导热、耐腐蚀，且能传导更大电流的较具经济性的CdO/Ag接触材，并将其用于重型或高极开关、继电器上。然而Cd具有强烈毒性且欧盟已正式通过WEEE及RoHS议案，禁止使用各类具高毒性物质的电子产品，例如Cd，Pb等。还有一种AuCo电接点材料，该电接点材料经过500次电弧冲蚀测试后，其材料表面易出现严重的破坏现象，产品寿命不长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传导大电流、具有较佳耐腐蚀性及接触材硬度，又能符合国际无毒性材料规定的电接点材料，从而克服现有技术电接点材料的缺陷。本发明是通过以下技术方案来克服这些缺陷的一种可抗电弧冲蚀的银基-不含镉复合材的电接点材料，其特征在于该电接点材料的维式硬度值(Hv)为100 150，且于测试电流为1 5安培、10 20伏特条件下， 其接触电阻值为5 60mohm(毫欧姆)，且该抗电弧冲蚀能力可达到2*103 10*103次数； 该电接点材料用于电连接器金属底材表面时，所形成的两种电接点在低接触电阻条件下， 可有效维持抗电弧冲蚀能力。其中，该电接点材料是由Ag-(Sr^2+In203)复合材组成。其中该Ag-(Sr^2+In203)复合材的(Sr^2+In203)成分所占比例为按重量计9 11%。其中该电接点材料也可由Ag-Cu oxide(氧化物)复合材组成。其中该Ag-Cu
3oxide (氧化物)复合材的Cu oxide (氧化物)成分所占比例为按重量计15 25%。本发明的可抗电弧冲蚀的银基-不含镉复合材的电接点材料，符合欧洲共同体 (EC)废家电(WEEE)及RoHS法令规章，同时该电接触材料兼具有传导大电流、较佳耐腐蚀性及提升接触材硬度等优点，有效降低了电弧侵蚀效应，并达到了低接触电阻目标，大幅提升了产品的使用寿命。
图IA为现有AuCo电接点材料经500次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图 (一)；图IB为现有AuCo电接点材料经500次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图 (二)；图2A为本发明AgSrHn电接点材料经5000次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图(一)；图2B为本发明AgSrHn电接点材料经5000次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图(二)；图3A为本发明AgCu电接点材料经2000次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图 (一)；图;3B为本发明AgCu电接点材料经2000次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图 (二)；图4为本发明电接点材料组织的SEM显微照相图。
具体实施例方式以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。由于电接触点在断路的瞬间，电流会被迫从少许但仍连通的电接点通过，此时在导通的接触较小面积上会产生电弧效应，而其通过的电流密度最高可达5*104A/cm2，也会因此造成接触点处温度快速升高，并引发强力磁场从而加速电子或正负离子移动，导致较严重的电弧冲蚀效应。因此，为了减少这些破坏现象的产生，其电接点材料应具备较高的导电系数，使电流通过时生成较少热能，用以避免高温所造成的软化，进而影响材料的强度表现；而电接点材料若具有较佳的导热能力，也可将电接点上的热量有效传导分散，不致因过热使材料损伤并减少因电弧效应所造成的影响。此外，电接点材料大多在各类腐蚀性气体的环境下使用，因此电接点材料的抗腐蚀性或抗氧化性也是使用要求的特性之一，以避免在材料表面上形成不导电化合物或氧化物的情况发生，不至于因此造成接触电阻值上升而降低材料的使用寿命。一般在电接点打开或关闭的瞬间，通常会有机械上的相互磨损，长久下来其电接点材料表面也会受到破坏。因此，较硬或较具耐磨性的电接点材料也是使用要求的要件之一。然而，上述这些较硬或较耐磨等要求的特性材料，通常情况下，其物性的表现也多伴随有较高的接触电阻值，因此本发明是提供大致上能满足这些要求并兼具这些特性的电接触材料。据此，请参阅表1，表1为本发明的两种材料与常规电接触材料之间的物性与抗电弧冲蚀能力的差异。表1各项指标是在1-5A，10-20V的条件下测量的。
表 1
I接触电阻值I抗ARC电孤冲
样品类型元素重量比硬度(Hv)
(mohm)蚀(循环)
AgSnIn alloy Ag/Sn203/ln20 Ag-90%, (Sn02+ln203)-9~l 1% 100-110 5-602 χ IO3-IO χ IO3
AgCu alloy Ag/Cu02 Ag-80%, Cu oxide-15-25% 110-150 5-602 χ IO3-IO χ IO3
AuCo layer Au/Co Au-99.7%, Co-0.3% 180-310 50~1000.5 χ IO3由表1可知，本发明的可抗电弧冲蚀的银基-不含镉复合材的电接点材料不含有毒物质，符合国际上所议定的规范。此外，利用银为基材可达到上述较高导电系数或较佳导热能力的要求。同时该电接点材料的维式硬度值(Hv)也可达到100 150，有效呈现耐磨的要求特性。另外，对于现有材料的具有较佳硬度时，其接触电阻却随之上升的困境，本发明的电接点材料也得到了改善。如上表所述，这两种材料在具有高硬度的特性下，还兼具在 5 60mohm(毫欧姆)之间的较低的接触电阻值。例如以Ag-(Sn02+In203)的复合材，且其中该(Sn02+In203)成分所占比例为按重量计9 11 %，或以Ag-Cu oxide (氧化物)复合材，且其中该Cu oxide成分所占比例为按重量计15 25%皆是如此。同时，SnA与In2O3 的添加，还可达到散布强化，提升机械性质的效果，同时SnA在高温下不易分解，且能增加材料黏度进而保护银基材，减少银基材因遭电弧冲蚀而造成体积的损失。而相较于传统电接点材料，例如以AuCo合金为例，虽其硬度值较高于本发明的材料，但其接触电阻也提高至50 100mohm(毫欧姆)，这样将造成电弧放电过程较为严重的材料损害。而且，这里提到的维氏硬度值的实验操作可通过以下关系Hv = 1.584*P(Kg)/d2(mm2)量测。其中P值可由荷重(load)得知；该d值可由荷重时间乘以荷重速率得知，并此说明。这两种材料的抗电弧冲蚀能力可达到2*103 10*103次数，相较于现有材料的约 500次的抗电弧冲蚀能力，本发明的材料大幅提升了产品的使用寿命。如此一来，本发明的电接点材料用于电连接器金属底材表面时具有较低的接触电阻值，能有效维持抗电弧冲蚀。对于电弧冲蚀能力的测试，实验上大多利用定距单弧冲蚀测试或多次电弧冲蚀测试。其中，定距单弧冲蚀不同于多次电弧冲蚀。多次电弧冲蚀是较接近于真实的电接点操作下的损害情况的模拟测试。例如多次电弧冲蚀过程中，将包含连续性的电弧冲蚀与电接点的来回撞击测试；至于定距单弧冲蚀，则是较简单、快速的研究方法，是用来了解电弧冲蚀的情形与过程。例如将阴极与阳极维持固定间距，以能量相当集中的放电形式冲蚀材料表面，同时避免了机械式的接触伤害，并此说明。如图2A、2B及3A、!3B所示，分别为本发明AgSrHn电接点材料经5000次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图(一)(二)及本发明AgCu电接点材料经2000次电弧冲蚀测试后连接器的外观表面图(一)(二)。由图可知，本发明的电接点材料经电弧冲蚀测试后， 其表面仍能维持较佳的平坦性与完整度，较佳的硬度可使材料能够避免受到电弧冲蚀的破坏。图4为本发明电接点材料组织的SEM显微照相图。尤其从电子显微镜的切面观察可知，本发明的添加物材料特性可有效均勻分散于银基材中，从而达到提升散布强化，加强机械耐磨性质的效果。本发明的可抗电弧冲蚀的银基-不含镉复合材的电接点材料符合欧洲共同体 (EC)废家电(WEEE)及RoHS法令规章，同时该电接触材料兼具有传导大电流、较佳耐腐蚀性、耐磨性及提升接触材硬度等优点，能有效降低电弧侵蚀效应所造成的破坏，并达到低接触电阻值的目标，可大幅提升各类有电接点需求产品的使用寿命以及具有用于各领域制品的整体适用性。以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变， 修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种可抗电弧冲蚀的银基-不含镉复合材的电接点材料，其特征在于该电接点材料的维式硬度值(Hv)为100 150，且于测试电流为1 5安培、10 20伏特条件下，其接触电阻值为5 60mohm(毫欧姆)，且该抗电弧冲蚀能力达到2*103 10*103次数。
2.根据权利要求1所述的电接点材料，其特征在于该电接点材料是由 Ag- (Sn02+In203)复合材所组成。
3.根据权利要求2所述的电接点材料，其特征在于该Ag-(Sn02+In203)复合材的 (Sn02+In203)成分所占比例为按重量计9 11%。
4.根据权利要求1所述的电接点材料，其特征在于该电接点材料是由Ag-Cu oxide (氧化物)复合材所组成。
5.根据权利要求4所述的电接点材料，其特征在于其中该Ag-Cu氧化物复合材的Cu 氧化物成分所占比例为按重量计15 25%。
全文摘要
本发明涉及一种可抗电弧冲蚀的银基-不含镉复合材的电接点材料，该电接点材料是Ag-(SnO2+In2O3)，且(SnO2+In2O3)成分所占比例为按重量计9～11％的复合材；或Ag-Cu oxide(氧化物)，且Cu oxide(氧化物)成分所占比例为按重量计15～25％的复合材。其中该电接点材料的维式硬度值(Hv)为100～150，且在测试电流为1～5安培、电压为10～20伏特条件下，其接触电阻值为5～60mohm(毫欧姆)，且该电接点材料的抗电弧冲蚀能力可达到2*103～10*103次数；当该电接点材料用于电连接器金属底材表面时，形成的电接点具有高硬度、低接触电阻以及有效维持抗电弧冲蚀的耐磨能力。
文档编号H01R13/03GK102467986SQ201010535380
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者江文源, 洪志纬, 王威超, 王志荣, 蔡伯晨, 郑文瑛, 陈威助 申请人:中国探针股份有限公司