专利名称：颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种 触头材料的制备方法，具体地说，涉及的是一种颗粒定向排列增 强银基氧化物电触头材料的制备方法。
背景技术：
电触头是电器开关的核心元件，它担负着电路间的接通与断开，及负载电流的任 务，被广泛应用于各类空气开关，继电器，交直流接触器等低压和高压电器中，涉及到现代 社会中的民用、工业、军事、航天、航空、信息等各个领域。近年来，随着高压输变电网大容 量、超高压的发展，低压配电系统与控制系统对自动化水平、灵敏程度要求的提高，以及电 子工业产品的现代化，对电触头提出愈来愈高的功能要求和长寿命的使用要求。为此，不断 有新的银基复合材料及制备工艺被研发。金属氧化物(MeO)颗粒增强银基复合材料由于其 良好的导热、导电、抗熔焊及抗电磨损等性能被广泛的研究和应用。同时，金属氧化物(MeO) 颗粒增强银基材料增强体成本低、制备工艺简单、可以采用传统的金属加工工艺进行加工， 因而具有良好的发展前途。国内外关于颗粒增强银基电接触材料方面的研究具体如下1)中国发明专利碳包覆镍纳米颗粒增强银基复合材料的制备方法，申请号 200810153154. 9，公开号CN101403105A。2)中国发明专利金属基复合材料的制备方法，申请号200410064970.4，公开 号Cm760399A。3)中国发明专利一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，申请号 200810018200. 4，公开号CN101285187A。4)中国发明专利化学共沉淀制备纳米稀土共混合AgSnO2电接触合金，申请号 200410073547. 0，公开号CN100481289C。目前，颗粒增强银基电接触材料的制备方法大致有三类一是传统的粉末冶金烧 结法，其工艺流程为混粉一等静压一烧结一热压一挤压、轧制或锻造等二次加工。此方法在 粉体混合时，增强相颗粒容易聚集，造成材料增强相分布不均勻，影响产品使用性能；二是 在传统方法基础上，通过特殊工艺对增强相颗粒[文献1)]、增强相颗粒-基体[文献2)]、 或基体[文献3)]进行预处理的方法。三是通过化学共沉淀方法[文献4)]，首先制备均勻 分布的复合粉体，然后再冷压、烧结、复压和挤压等。方法二和方法三虽然可以使得增强相 颗粒弥散分布于银基中，但是研究表明，当增强相(氧化物)颗粒较细(纳米级)时，弥散 分布会增加增强相与Ag基体的接触面积，导致电子散射作用大大增强，使得触头材料电阻 明显升高，严重影响产品的使用性能。同时，弥散分布的较细增强相(氧化物)颗粒虽然使 材料强度、硬度得到提高，对提高材料的耐机械磨损性能有一定的意义，但通常会导致材料 的延伸率大大下降，使材料塑性变差，很难加工。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种颗粒定向排列增强银基氧 化物电触头材料的制备方法，该方法在增强相(氧化物)颗粒较细也可以获得电学性能优 良的颗粒增强银基材料，且工艺简单，操作方便，对设备无特殊要求。本发明方法制备的材 料抗熔焊性、耐电弧烧蚀性能及电导率均有较大的提高，并且加工性能十分优良。为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是本发明提供一种颗粒定向排列增强银基氧化物电接触材料的制备方法，包括以下 步骤第一步，首先配制含有Ag+和增强相金属离子的混合盐溶液，然后在搅拌情况下加 入共沉淀剂，过滤出沉淀物，再依次进行洗涤和焙烧，制取均勻分散的复合粉体。其中Ag+ 和增强相金属离子比例根据所需制备的复合粉体成份计算获得；共沉淀剂为一切在溶液能 够Ag+和金属离子形成沉淀物且沉淀物经焙烧后能分解为金属氧化物的沉淀剂，共沉淀剂 的重量按其完全沉淀出溶液中Ag+和增强相金属离子计算获得。第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球磨造粒和过筛，未能通过筛网的大 颗粒粉体再重新返回到球磨机中进行加工，然后再过筛。第三步，将第二步获得的造粒后的粉体的聚集体和基体银粉倒入混粉机中进行混 粉，其中造粒后粉体的聚集体和基体银粉重量比例根据所需制备材料成份所需计算获得。第四步，将第三步获得的粉体进行冷等静压。第五步，将冷等静压获得的坯体进行烧结。第六步，将烧结获得的坯体进行热压。第七步，将热压获得的坯体进行热挤压，得到颗粒定向排列增强银基氧化物电触 头材料。本发明上述方法制备的颗粒定向排列增强的银基氧化物电触头材料，其中增强相 以其颗粒相互连接且定向排列的形式存在于基体中，且增强相材料为一种材料或多种材料 混合物。本发明所采用方法与以往传统材料的化学共沉淀结合粉末冶金即化学共沉淀 法制备复合沉淀物一焙烧一冷压一烧结一复压一挤压的制备方法有显著不同，本发明采 用的方法是首先采用化学共沉淀法制备Ag盐和增强相金属盐沉淀物，然后进行焙烧，获 得均勻分散的银基氧化物复合粉体，再经过高能球磨造粒和过筛，得到复合粉体的聚集体， 然后将聚集体和基体Ag粉按材料成分配方所需量进行均勻混合，再依次进行冷等静压，烧 结，热压，热挤压。在挤压过程中包覆体在Ag基体中随软化的Ag —起流动，由于Ag的包 覆，使得氧化物增强相材料很容易被拉开，并且沿着挤压方向定向排列且相互连接，形成类 似纤维状结构。此方法获得的材料，其增强相是以颗粒相互连接且定向排列的形式存在， 类似于纤维状结构，其耐电弧烧蚀能力比单纯的颗粒分散增强的相同触头材料体系提高 10-20%，沿挤压方向导电率提高5-15%，抗熔焊性提高10-20%，电寿命提高了 10-30% ； 并且具有优良的加工性能适用于规模化生产。
具体实施例方式以下对本发明的技术方案作进一步的说明，以下的说明仅为理解本发明技术方案之用，不用于限定本发明的范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。本发明提供的上述颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，适用于 通常的颗粒增强银基氧化物复合材料的制备，该方法在增强相颗粒较细时也可以获得电学 性能优良的颗粒增强银基材料，且工艺简单，操作方便，对设备无特殊要求。本发明方法制 备的材料抗熔焊性、耐电弧烧蚀性能及电导率均有较大的提高，并且加工性能十分优良。根据本发明方法得到的银基氧化物电触头材料，增强相是以其颗粒互连接且定向 排列的形式存在于基体中，且增强相材料为一种材料或多种材料混合物。在具体制备的时 候，根据实际需要设计的材料成分进行配比。本发明中，设计的化学共沉淀、高能球磨造粒和过筛、混粉、冷等静压、烧结、热压 以及热挤压等步骤，具体工艺操作的参数是可以选择的，比如第一步中，首先配制含有Ag+和增强相金属离子的混合盐溶液，然后在搅拌情况下 加入共沉淀剂，过滤出沉淀物，再依次进行洗涤和焙烧，制取均勻分散的复合粉体。其中参 数可以采用Ag+和增强相金属离子比例根据氧化物占复合粉体总重的比例在3/4-1/2之 间计算获得；共沉淀剂为一切在溶液能够与Ag+和金属离子形成沉淀物且沉淀物经焙烧后 能分解为金属氧化物的沉淀剂，共沉淀剂重量按其完全沉淀出溶液中的Ag+和增强相金属 离子计算获得；搅拌速度在80转/分钟-120转/分钟之间；反应时间在2-4小时之间；焙 烧温度在300°C _500°C之间，时间在1-5小时之间。第二步中，将第一步获得的复合粉体进行高能球磨造粒和过筛，未能通过筛网的 大颗粒粉体再重新返回到球磨机中进行加工，然后再过筛。其中参数可以采用球磨转速 在180转/分钟-350转/分钟之间；球磨时间在5-15小时；球料比(即球珠和粉体重量比 例)在10-20之间；所过筛的目数在100目-400目之间。第三步中，将第二步获得的复合粉体和银粉倒入混粉机中进行混粉，复合粉体和 基体银粉重量比例根据所需制备材料成份所需计算获得。其中参数可以采用混粉机转速 在20转/分钟-35转/分钟之间；混粉时间在2-6小时之间。第四步中，将第三步获得的粉体进行冷等静压。其中参数可以采用等静压压强在 100-500Mpa 之间。第五步中，将冷等静压获得的坯体进行烧结。其中参数可以采用烧结温度在 6000C _800°C之间；烧结时间在8-15小时之间。第六步中，将烧结获得的坯体进行热压。其中参数可以采用热压温度在 5000C _900°C之间；热压压强在300-700MPa之间；热压时间为5min_20min之间。第七步中，将热压获得的坯体进行热挤压，得到颗粒定向排列增强银基氧化物电 触头材料。其中参数可以采用坯体加热温度在700-900°C之间；挤压比在100-400之间， 挤压速度在5-15cm/min之间；挤压模具预热温度在300-600°C之间。以下通过具体应用的实施例来对本发明详细的技术操作进行说明。实施例一 以制备AgZnO⑶触头材料为例第一步，将AgNO3粉34(^和Zn (NO3)2粉1512g溶于IOL去离子水中并搅拌形成均 一的溶液，将此溶液标记为溶液A ；同时将1200g的沉淀剂Na2CO3溶于5L去离子水中，将此 溶液标记为溶液B ；然后在勻速搅拌下将溶液B缓慢加入到溶液A中，搅拌速度为80转/分钟，反应时间4小时，过滤出沉淀物；洗涤；焙烧温度380°C，5小时；获得均勻分散的复合 粉体。第二步，将 第一步获得的复合粉体进行高能球磨造粒和过筛，未能通过筛网的大 颗粒返回到球磨机中重新加工，然后再过筛。球磨转速180转/分钟；球磨时间15小时；球 料比为15;所过筛的目数200目。第三步，将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉7236g —起倒入“V”型混粉 机中，进行均勻混粉。混粉时转速速度20转/分钟，时间6小时。第四步，将第三步获得的粉体装入直径为9cm，长度20cm塑胶筒中，进行冷等静 压，冷等静压压强lOOMPa。第五步，将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结，烧结温度600°C，烧结15小时。第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压，温度800°C，热压压强700MPa，热压 时间5min。第七步，将热压好的坯体进行热挤压，热挤压温度800°C，挤压比324，挤压速度 8cm/min,挤压模具预热温度600°C。本实施例最终获得具有明显ZnO颗粒定向排列增强结构，即类似于纤维状组织结 构的AgZnO(S)材料，其中，ZnO纤维状组织结构是由很多细小的ZnO颗粒定向排列且相互连 接而成的。获得的材料抗拉强度为290Mpa ；沿挤压方向电阻率为2. 1 μ Ω . cm ；硬度为85HV。实施例二以制备AgSnO2 (10)触头材料为例第一步，将AgNO3粉340g和750g的SnCl4溶于8L去离子水中并搅拌均勻，将此溶 液标记为溶液A ；同时将1500g的沉淀剂(NH4)2C2O4溶于7L去离子水中，将此溶液标记为溶 液B ；然后在勻速搅拌下将溶液B缓慢加入到溶液A中，搅拌速度为120转/分钟，反应时 间2小时，过滤出沉淀物；洗涤；焙烧温度300°C，1小时；获得均勻分散的复合粉体。第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球磨造粒和过筛，未能通过筛网的大 颗粒返回到球磨机中重新加工，然后再过筛。球磨转速350转/分钟；球磨时间10小时；球 料比为10 ；所过筛的目数300目。第三步，将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉3689g —起倒入“V”型混粉 机中，进行均勻混粉。混粉时转速速度30转/分钟，时间4小时。第四步，将第三步获得的粉体装入直径为9cm，长度15cm塑胶筒中，进行冷等静 压，冷等静压压强500MPa。第五步，将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结，烧结温度800°C，烧结10小时。第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压，温度800°C，热压压强500MPa，热压 时间10分钟。第七步，将热压好的坯体进行热挤压，热挤压温度900°C，挤压比225，挤压速度 5cm/min,挤压模具预热温度500°C。本实施例最终获得具有明显SnO2颗粒定向排列增强结构，即类似于纤维状组织结 构的AgSnO2(IO)材料，其中，SnO2纤维状组织结构是由很多细小的SnO2颗粒定向排列且相 互连接而成的，获得的材料抗拉强度为280Mpa ；沿挤压方向电阻率为2. 2 μ Ω. cm ；硬度为 88HV。
实施例三
以制备AgCd012触头材料为例第一步，将AgNO3粉510g和Cd(NO3)2粉600g溶于5L去离子水中并搅拌均勻，将 此溶液标记为溶液A ；同时将800g的沉淀剂Na2CO3溶于5L去离子水中，将此溶液标记为溶 液B ；然后在勻速搅拌下将溶液B缓慢加入到溶液A中，搅拌速度为100转/分钟，反应时 间2小时，过滤出沉淀物；洗涤；焙烧温度500°C，3小时；获得均勻分散的复合粉体。第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球磨造粒和过筛，未能通过筛网的大 颗粒返回到球磨机中重新加工，然后再过筛。球磨转速300转/分钟；球磨时间5小时；球 料比为15;所过筛的目数100目。第三步，将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉2062g —起倒入“V”型混粉 机中，进行均勻混粉。混粉时转速速度35转/分钟，时间2小时。第四步，将第三步获得的粉体装入直径为9cm，长度15cm塑胶筒中，进行冷等静 压，冷等静压压强300MPa。第五步，将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结，烧结温度750°C，烧结8小时。第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压，温度500°C，热压压强300MPa，热压 时间20min。第七步，将热压好的坯体进行热挤压，挤压成片材，热挤压温度700°C，挤压比 100，挤压速度15cm/min，挤压模具预热温度300°C。本实施例最终获得具有明显CdO颗粒定向排列增强结构，即类似于纤维状组织结 构的AgCd012材料，其中，CdO纤维状组织结构是由很多细小的CdO颗粒定向排列且相互连 接而成的。获得的材料抗拉强度为285Mpa ；沿挤压方向电阻率为2. 1 μ Ω . cm ；硬度为83HV。实施例四以制备Ag-4ZnO_8CdO触头材料为例第一步，将△8而3粉51(^、211(而3)2粉2528丄(1(而3)2粉40(^溶于IOL去离子水中 并搅拌均勻，将此溶液标记为溶液A ；同时将800g的沉淀剂Na2CO3溶于5L去离子水中，将 此溶液标记为溶液B ；然后在勻速搅拌下将溶液B缓慢加入到溶液A中，搅拌速度为80转/ 分钟，反应时间2小时，过滤出沉淀物；洗涤；焙烧温度500°C，4小时；获得均勻分散的复 合粉体。第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球磨造粒和过筛，未能通过筛网的大 颗粒返回到球磨机中重新加工，然后再过筛。球磨转速200转/分钟；球磨时间8小时；球 料比为20 ；所过筛的目数400目。第三步，将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉2063g —起倒入“V”型混粉 机中，进行均勻混粉。混粉时转速速度30转/分钟，时间4小时。第四步，将第三步获得的粉体装入直径为9cm，长度15cm塑胶筒中，进行冷等静 压，冷等静压压强500MPa。第五步，将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结，烧结温度800°C，烧结12小时。第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压，温度900°C，热压压强700MPa，热压 时间IOmin。第七步，将热压好的坯体进行热挤压，热挤压温度900°C，挤压比400，挤压速度5cm/min,挤压模具预热温度600°C。 本实施例最终获得具有明显ZnO和CdO颗粒定向排列增强结构，即类似于纤维状 组织结构的Ag-4ZnO-8CdO触头材料材料，其中，ZnO和CdO纤维状组织结构分别是由很多 细小的ZnO和CdO颗粒定向排列且相互连接而成的。获得的材料抗拉强度为260Mpa ；沿挤 压方向电阻率为2. 4 μ Ω. cm ；硬度为87HV。以上所述仅为本发明的部分较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围做任何限 制，本发明还可以适用于其他成分配比的颗粒定向排列增强银基氧化物复合材料的制备。 凡在本发明的精神和原则之内做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤第一步，首先配制含有Ag+和增强相金属离子的混合盐溶液，然后在搅拌情况下加入共 沉淀剂，获得沉淀物，再依次进行洗涤和焙烧，制取均勻分散的复合粉体；其中Ag+和增强 相金属离子比例根据所需制备的复合粉体成份计算获得；共沉淀剂为一切在溶液能够Ag+ 和金属离子形成沉淀物且沉淀物经焙烧后能分解为金属氧化物的沉淀剂，共沉淀剂的重量 按其完全沉淀出溶液中Ag+和增强相金属离子计算获得；第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球磨造粒和过筛，未能通过筛网的大颗粒 粉体再重新返回到球磨机中进行加工，然后再过筛；第三步，将第二步获得的造粒后的粉体的聚集体和基体银粉倒入混粉机中进行混粉， 其中造粒后粉体的聚集体和基体银粉重量比例根据所需制备材料成份所需计算获得；第四步，将第三步获得的粉体进行冷等静压；第五步，将冷等静压获得的坯体进行烧结；第六步，将烧结获得的坯体进行热压；第七步，将热压获得的坯体进行热挤压，得到颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料。
2.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特 征在于，第一步中，所述Ag+和增强相金属离子比例根据氧化物占复合粉体总重的比例在 3/4-1/2之间计算获得。
3.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征 在于，第一步中，所述搅拌速度在80转/分钟-120转/分钟之间，反应时间在2-4小时之 间；所述焙烧温度在300°C _500°C之间，时间在1-5小时之间。
4.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征 在于，第二步中，所述高能球磨造粒和过筛，其中球磨转速在180转/分钟-350转/分钟之 间；球磨时间在5-15小时；球料比在10-20之间；所过筛的目数在100目-400目之间。
5.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征 在于，第三步中，所述混粉机转速在20转/分钟-35转/分钟之间，混粉时间在2-6小时之 间。
6.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征 在于，第四步中，所述等静压压强在100-500Mpa之间。
7.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征 在于，第五步中，所述烧结温度在6000C -8000C之间，烧结时间在8-15小时之间。
8.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征 在于，第六步中，所述热压温度在500°C _900°C之间，热压压强在300-700MPa之间，热压时 间为5min-20min之间。
9.如权利要求1所述的颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，其特征 在于，第七步中，所述的热挤压，其中坯体加热温度在600-900°C之间，挤压比在100-400之 间，挤压速度在5-15cm/min之间，挤压模具预热温度在300-600°C之间。
10.一种采用权利要求1所述方法制备的颗粒定向排列增强银基电触头材料，其特征在于，所述颗粒定向排列增强的银基氧化物电触头材料，其增强相以其颗粒互连接且定向 排列的形式存在于基体中，且增强相材料为一种材料或多种材料混合物。
全文摘要
本发明公开一种颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料的制备方法，步骤为第一步，采用化学共沉淀法结合焙烧，制备均匀分散的复合粉体；第二步，进行高能球磨造粒和过筛；第三步，将造粒后的粉体和基体银粉倒入混粉机中进行混粉；第四步，冷等静压；第五步，烧结；第六步，热压；第七步，热挤压，得到颗粒定向排列增强银基氧化物电触头材料。本发明方法在增强相颗粒较细时也可以获得电学性能优良的颗粒增强银基材料，且工艺简单，操作方便，成本低廉，对设备无特殊要求。本发明方法制备的材料抗熔焊性、耐电弧烧蚀性能及电导率均有较大的提高，并且加工性能十分优良。
文档编号H01H1/0237GK102142325SQ201010620050
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者祁更新, 穆成法, 陈乐生, 陈晓 申请人:温州宏丰电工合金股份有限公司