专利名称：喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法
技术领域：
本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种喷射共沉积反应制备银氧化 锡电接触材料的方法。
背景技术：
AgCdO电接触材料由于具有优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性和较低的接触电阻，长 期以外在国内外大量使用。但是由于镉及其化合物的存在，在AgCdO材料的生产、使用以及 回收过程中都面临着镉的污染问题；另外，镉及其化合物具有毒性，对人体有害，严重时会 危及人体生命。银氧化锡(AgSn02)电接触材料是近年来发展很快的一种新型无毒电接触 材料，它具有热稳定性好，耐电弧侵蚀及好的抗熔焊性能，是目前用于接触器、继电器及开 关中代替AgCdO的理想材料。公知的银氧化锡的制备方法有以下几种，粉末冶金法、内氧化法、化学沉淀法。这 些公知的制备方法虽然都获得了 AgSn02复合材料，但都存在着明显的不足，主要表现为粉 末冶金法制备AgSn02电接触材料时，二氧化锡(Sn02)依靠外部机械加入，对其粉末粒度和 纯度要求较高，增加了原料成本；同时烧结后Ag和Sn02的界面结合情况较差，增加了材料 的脆性，导致材料后续加工工序增加、工艺复杂、不利于大规模生产；内氧化法制备AgSn02 电接触材料时，AgSn合金表面会生成致密的Sn02层，会阻止合金继续氧化，因此需加入铟 (In)来促进合金内氧化，但是In的价格昂贵，资源储备较少，成本较高；化学沉淀法制备 AgSn02电接触材料时，存在着酸、碱、盐的污染问题；生产周期长、成本较高同样存在着Ag 和Sn02锡界面结合较差的问题。2002年4月3日公告的专利CN1082235C中公开了一种合成法制备银-二氧化锡 电接触材料，该方法虽然较好的解决反应界面的问题，但是需要经过长时间的混料以及多 次烧结，工艺复杂，同时对原料的粒径和纯度要求较高，增加了生产成本；此外用该法制备 的AgSn02晶粒粗大，后续加工仍然很困难；另外在材料温升过高方面还有待改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备工艺过 程易控制、少污染、生产成本低、可实现工业化生产的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触 材料的方法。本发明能够较好的解决电接触材料的温升问题，使材料的综合性能提高，制备 的银氧化锡电接触材料具有使用范围大，使用寿命长，可实现工业化生产等特点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种喷射共沉积反应制备银氧 化锡电接触材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将粉末在温度为100°C 200°C的条件下处理0. 5h 2h ；(2)将Sn和Ag的混合物置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金熔体； 或将Sn和Ag的混合物与添加元素一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金 熔体；所述添加元素为W和/或Mo ；
(3)待步骤⑵中所述合金熔体温度达到100°C 200°C后，打开雾化气阀门，同时 将合金熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag2O粉末，进行 喷射共沉积得到AgSn/Ag20复合材料；所述的输送量为Sn的2倍摩尔量；(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag20复合材料在温度为400°C 800°C 的条件下原位化学反应4h 10h，制备得到AgSnO2复合材料；所述AgSnO2复合材料中SnO2 的质量百分数为6 % 20 %，余量为Ag，或者AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数为6 % 20%，添加元素的质量百分数为0. 001% 1%，余量为Ag ；(5)将步骤(4)中所述AgSnO2复合材料挤压加工成棒材或板材形状的银稀土氧化 物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成片材、丝材、异型材或触 头形状的银氧化锡电接触材料。上述步骤(1)中所述A&0粉末的粒径为10 μ m 100 μ m。上述步骤(2)中所述Sn的质量纯度彡99. 95%，所述Ag的质量纯度彡99.95%。上述步骤(2)中所述合金化的温度为820°C 965°C。上述步骤(3)中所述喷射共沉积的沉积距离为300mm 350mm，雾化气体压力为 0. 8MPa 2. OMPa,导流管内径为3. 5mm 4. 5mm，沉积器转速为10rpm/min 40rpm/min。上述步骤(5)中所述挤压的温度为400°C 600°C。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明具有制备工艺过程易控制、少污染、生产成本低、可实现工业化生产等特 点。本发明通过喷射共沉积、原位化学反应等先进加工技术集成，可实现短流程、近成形、均 勻凝固制备AgSnO2电接触材料。2、本发明制备的银氧化锡电接触材料具有比用粉末冶金法、内氧化法和化学沉淀 法等方法制备的银氧化锡电接触材料更高的加工性能，Ag和SnO2反应界面新鲜，SnO2颗粒 尺寸达纳米级，可以较好的解决电接触材料的温升问题，使材料的综合性能提高，且制备的 银氧化锡电接触复合材料具有使用范围大，使用寿命长，可实现工业化生产等特点。3、采用本发明制备的AgSnO2电接触材料具有组织均勻、晶粒微细、性能稳定的特 点。制备的AgSnO2电接触材料具有如下性能指标密度为9. 83g/cm3 10. 7g/cm3，硬度为 78HV 125HV，电阻率彡2. 3 μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施例方式实施例1(1)将粒径为10 μ m的粉末在温度为100°C的条件下处理2h ；(2)将质量纯度彡99. 95%的Sn和质量纯度彡99. 95%的Ag的混合物置于喷射共 沉积真空中频熔炼炉内，在温度为820°C条件下合金化得到合金熔体；(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到100°C后，打开雾化气阀门，同时将合金 熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag2O粉末，进行喷射共 沉积得到AgSn/Ag20复合材料；所述的输送量为Sn的2倍摩尔量；所述喷射共沉积 的沉积距离为300mm，雾化气体压力为2. OMPa,导流管内径为4. 5mm，沉积器转速为IOrpm/ min ；
(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag20复合材料在温度为800°C的条件 下原位化学反应4h，制备得到AgSnO2复合材料；所述AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数 为6% ；(5)将步骤(4)中所述AgSnO2复合材料在温度为400°C条件下挤压加工成棒材或 板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成 片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3，硬度为78HV，电阻 率彡2. 3μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例2本实施例制备方法与实施例1的制备方法相同，其中不同之处在于=Ag2O粉末的 粒径为100 μ m,Ag20粉末的处理温度为200°C，处理的时间为0. 5h，合金化的温度为965°C， 合金熔体温度达到200°C后打开雾化气阀门，所述喷射共沉积的沉积距离为350mm，雾化 气体压力为0. 8MPa,导流管内径为3. 5mm,沉积器转速为40rpm/min，原位化学反应处理的 温度为400°C，时间为10h，AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数为13%，挤压的温度为 500 "C。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为10. 7g/cm3，硬度为125HV，电 阻率彡2. 3μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例3本实施例制备方法与实施例1的制备方法相同，其中不同之处在于=Ag2O粉末的 粒径为55 μ m，Ag2O粉末的处理温度为150°C，处理的时间为1. 2h，合金化的温度为890°C， 合金熔体温度达到150°C后打开雾化气阀门，所述喷射共沉积的沉积距离为325mm，雾化气 体压力为1. 4MPa，导流管内径为4mm，沉积器转速为25rpm/min，原位化学反应处理的温度 为600°C，时间为7h，AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数为20%，挤压的温度为600°C。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3，硬度为120HV，电 阻率彡2. 3μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例4(1)将粒径为10 μ m的粉末在温度为100°C的条件下处理2h ；(2)将质量纯度彡99. 95%的Sn和质量纯度彡99. 95%的Ag的混合物与添加元素 一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内，在温度为965°C条件下合金化得到合金熔体；所 述添加元素为W ；(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到100°C后，打开雾化气阀门，同时将合金 熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag2O粉末，进行喷射共 沉积得到AgSn/Ag20复合材料；所述的输送量为Sn的2倍摩尔量；所述喷射共沉积 的沉积距离为300mm，雾化气体压力为2. OMPa,导流管内径为4. 5mm，沉积器转速为IOrpm/ min ；(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag20复合材料在温度为800°C的条件 下原位化学反应4h，制备得到AgSnO2复合材料；所述AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数 为6%，添加元素的质量百分数为0. 001%，余量为Ag ；(5)将步骤(4)中所述AgSnO2复合材料在温度为400°C条件下挤压加工成棒材或板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成 片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为10. 27g/cm3，硬度为102HV，电 阻率彡2. 3μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例5本实施例制备方法与实施例4的制备方法相同，其中不同之处在于所述添加元 素为Mo或Mo和W，AgSnO2复合材料中添加元素的质量百分数为1 %。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3 10. 7g/cm3,硬度 为78HV 125HV，电阻率彡2. 3 μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例6本实施例制备方法与实施例4的制备方法相同，其中不同之处在于所述添加元 素为Mo或Mo和W，AgSnO2复合材料中添加元素的质量百分数为0. 5%。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3 10. 7g/cm3,硬度 为78HV 125HV，电阻率彡2. 3 μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例7(1)将粒径为100 μ m的粉末在温度为150°C的条件下处理1. 2h ；(2)将质量纯度彡99. 95%的Sn和质量纯度彡99. 95%的Ag的混合物与添加元素 一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内，在温度为820°C条件下合金化得到合金熔体；所 述添加元素为Mo ；(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到200°C后，打开雾化气阀门，同时将合金 熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag2O粉末，进行喷射共 沉积得到AgSn/Ag20复合材料；所述的输送量为Sn的2倍摩尔量；所述喷射共沉积 的沉积距离为350mm，雾化气体压力为1. 4MPa,导流管内径为3. 5mm，沉积器转速为40rpm/ min ；(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag20复合材料在温度为400°C的条件 下原位化学反应10h，制备得到AgSnO2复合材料；所述AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分 数为13%，添加元素的质量百分数为0. 5%，余量为Ag ；(5)将步骤(4)中所述AgSnO2复合材料在温度为500°C条件下挤压加工成棒材或 板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成 片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为10. 2g/cm3，硬度为125HV，电 阻率≤2. 3μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例8本实施例制备方法与实施例7的制备方法相同，其中不同之处在于所述添加元 素为W或W和Mo，AgSnO2复合材料中添加元素的质量百分数为0. 001 %。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3 10. 7g/cm3,硬度 为78HV 125HV，电阻率彡2. 3 μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例9本实施例制备方法与实施例7的制备方法相同，其中不同之处在于所述添加元素为W或W和Mo，AgSnO2复合材料中添加元素的质量百分数为1 %。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3 10. 7g/cm3,硬度 为78HV 125HV，电阻率彡2. 3 μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例10(1)将粒径为55 μ m的Ag2O粉末在温度为200°C的条件下处理0. 5h ；(2)将质量纯度彡99. 95%的Sn和质量纯度彡99. 95%的Ag的混合物与添加元素 一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内，在温度为890°C条件下合金化得到合金熔体；所 述添加元素为W和Mo ；(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到150°C后，打开雾化气阀门，同时将合金 熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag2O粉末，进行喷射共 沉积得到AgSn/Ag20复合材料；所述Ag2O的输送量为Sn的2倍摩尔量；所述喷射共沉积的 沉积距离为325mm，雾化气体压力为0. 8MPa，导流管内径为4mm，沉积器转速为25rpm/min ；(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag20复合材料在温度为600°C的条件 下原位化学反应7h，制备得到AgSnO2复合材料；所述AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数 为20%，添加元素的质量百分数为0. 5%，余量为Ag ；(5)将步骤(4)中所述AgSnO2复合材料在温度为600°C条件下挤压加工成棒材或 板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成 片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 93g/cm3，硬度为85HV，电阻 率彡2. 3μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例11本实施例制备方法与实施例10的制备方法相同，其中不同之处在于所述添加元 素为W或Mo，AgSnO2复合材料中添加元素的质量百分数为0. 001 %。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3 10. 7g/cm3,硬度 为78HV 125HV，电阻率彡2. 3 μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。实施例12本实施例制备方法与实施例10的制备方法相同，其中不同之处在于所述添加元 素为W或Mo，AgSnO2复合材料中添加元素的质量百分数为1 %。本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9. 83g/cm3 10. 7g/cm3,硬度 为78HV 125HV，电阻率彡2. 3 μ Ω · cm，抗拉强度> 240MPa，延伸率> 13%。
权利要求
一种喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将Ag2O粉末在温度为100℃～200℃的条件下处理0.5h～2h；(2)将Sn和Ag的混合物置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金熔体；或将Sn和Ag的混合物与添加元素一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金熔体；所述添加元素为W和/或Mo；(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到100℃～200℃后，打开雾化气阀门，同时将合金熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag2O粉末，进行喷射共沉积得到AgSn/Ag2O复合材料；所述Ag2O的输送量为Sn的2倍摩尔量；(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag2O复合材料在温度为400℃～800℃的条件下原位化学反应4h～10h，制备得到AgSnO2复合材料；所述AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数为6％～20％，余量为Ag，或者AgSnO2复合材料中SnO2的质量百分数为6％～20％，添加元素的质量百分数为0.001％～1％，余量为Ag；(5)将步骤(4)中所述AgSnO2复合材料挤压加工成棒材或板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。
2.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在 于，步骤(1)中所述A&0粉末的粒径为10 μ m 100 μ m。
3.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在 于，步骤(2)中所述Sn的质量纯度彡99. 95%，所述Ag的质量纯度彡99. 95%。
4.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在 于，步骤(2)中所述合金化的温度为820°C 965°C。
5.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在 于，步骤(3)中所述喷射共沉积的沉积距离为300mm 350mm，雾化气体压力为0. SMPa 2. OMPa,导流管内径为3. 5mm 4. 5mm，沉积器转速为10rpm/min 40rpm/min。
6.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在 于，步骤(5)中所述挤压的温度为400°C 600°C。
全文摘要
本发明公开了一种喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，包括以下步骤一、将Ag2O粉末进行处理；二、制备合金熔体；三、喷射共沉积制备复合材料；四、对复合材料进行原位化学处理；五、挤压、轧制、拉拔制备银稀土氧化物电接触材料。本发明具有制备工艺过程易控制、少污染、生产成本低、可实现工业化生产的特点。本发明制备的银氧化锡电接触材料具有比用粉末冶金法、内氧化法和化学沉淀法等方法制备的银氧化锡电接触材料更高的加工性能，Ag和SnO2反应界面新鲜，可以较好的解决电接触材料的温升问题，使材料的综合性能提高。
文档编号C22C5/06GK101984116SQ201010575038
公开日2011年3月9日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者姜婷, 李进, 贾志华, 郑晶, 马光 申请人:西北有色金属研究院