Ag/Ti₃SiC₂电接触复合材料的制备方法

专利名称：Ag/Ti₃SiC₂电接触复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型电接触复合材料的制备方法，具体的说，是一种Ag/Ti3SiC2 电接触复合材料的制备方法。
背景技术：
电接触材料及其元件是电子、电器工业的核心基础，主要担负着接通、断开、导流和隔离电流的工作，其性能好坏直接影响电子电器产品的可靠性、稳定性、精确度和使用寿命。目前，我国年消耗银基电接触材料已超过100亿元，主要应用于通讯器材、低压电器、家用电器和汽车工业等领域，而且市场需求持续快速增长。例如，全球手机拥有量已达50亿， 我国手机使用量超过8亿，年增长速度30% ；我国每年的低压电器和家用电器年增长速率在20%以上，汽车的年增长速率在35%以上。随着社会的进步和科学技术的快速发展，人们对电接触材料绿色环保、长寿命、高可靠等性能的要求越来越高。有毒Ag/CdO材料正在全球范围内逐步淘汰，世界各国纷纷寻求环保无害的新体系电接触材料，其中最具代表性的是Ag/SnA材料，Ag/Sn02具有较好的耐电弧侵蚀、抗熔焊和耐磨损等性能，但同样也存在不容忽视的两点缺陷一是SnO2与银基体的润湿性差，加之SnO2W电阻率(0.93 Ω · m)与电接触材料的电阻率(10_8Ω · m量级) 相差太大，SnO2密度(6. 38g/cm3)又比基体Ag的密度(10. 53g/cm3)小，材料在使用过程中遭电弧侵蚀表面会形成微熔池，这样SnO2在材料表面聚集形成不易导电的熔渣，导致电接触材料接触电阻增大，表面温升过高，电性能劣化。二是SnA硬度高，Ag/Sn02材料的加工成型异常困难。

发明内容
本发明的目的在于克服现有Ag/Sn02电接触复合材料的不足，提供一种新型的Ag/ Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法。1、一种Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，具体包括如下步骤(1)采用银氨溶液化学镀银的方法制备包银Ti3SiC2粉体，然后将该粉体用蒸馏水清洗至中性，再经醇洗后在真空中烘干；(2)将上述烘干后的包银Ti3SiC2粉体与银粉球磨混合均勻，包银Ti3SiC2粉体占混合粉体总质量的8% 20% ；(3)将混合均勻后的粉体通过等静压压制成坯体，然后依次经过烧结、复压、复烧工艺，最后热挤压成型获得Ag/Ti3SiC2电接触复合材料。本发明中，步骤(1)中所采用银氨溶液化学镀银的方法是将Ti3SiC2陶瓷粉体加入甲醛的乙醇水溶液中，经10 50KHZ超声波分散1 证后，滴加PH值为8 12的硝酸银和氨水配制而成的银氨溶液，反应1 Mi后得到包银Ti3SiC2粉体；其中，Ti3SiC2陶瓷粉体的固含量占反应体系总质量的 10% ；其原料加入量按最终反应体系的体积计甲醛浓度为1 5mL/L，乙醇浓度为50 150mL/L，硝酸银浓度为5 10g/L，氨水浓度为5 30mL/L。本发明中，所述原料Ti3SiC2粉体的粒径范围为10 lOOOnm，银粉的粒径范围为 0. 01 50μπι。本发明中，步骤(2)中所述球磨工艺中，球磨转速范围为50 200r/min，球料比范围1 1 10 1，球磨时间1 Mh。本发明中，步骤(3)中所述等静压压强范围50 500MPa。本发明中，步骤(3)中所述烧结工艺，是指在氢气气氛保护下烧结，烧结温度 700 950°C，烧结时间1 12h。本发明中，步骤(3)中所述复压工艺，是在500 750°C下进行热压，压强范围 200 700MPa，保温时间10 60min。本发明中，步骤(3)中所述复烧工艺，是指在氢气气氛保护下再次烧结，烧结温度 700 950°C，烧结时间1 12h。本发明中，步骤C3)中所述热挤压成型工艺中，模具预热温度200 700°C，坯料温度300 900°C，挤压比范围为10 200，挤压速度为1 10cm/min。与现有Ag/SnA电接触复合材料相比，本发明的有益效果是AgAi3SiC2电接触复合材料中的增强相Ti3SiC2，其电阻率为2. 2Χ10_7Ω · m，几乎是SnA的10_7倍，而与Ag的电阻率1. 59 X ΙΟ"8 Ω · m相近；本发明通过表面载银技术在 Ti3SiC2表面预先覆盖上银层，改善了增强相与银基体的润湿性；尽管Ti3SiC2密度也比Ag 小，但Ag/Ti3SiC2电接触材料受电弧侵蚀后表面不会出现严重的Ti3SiC2偏聚，即使有偏聚，材料的接触电阻也上升不大，保持在低且稳定的范围；同时，Ti3SiC2的室温热导率高达 40ff/(m · K)，与Sn相当，热容Cp室温时约IlOJ/(mo 1 · K)，且随温度上升而增加，这样即使 Ti3SiC2在材料表面少量偏聚，材料表面温升也能保持在较低的水平。另外，Ti3SiC2的维氏硬度约为4GPa，是一种较软的陶瓷；维氏硬度与杨氏模量的比值Ην/Ε为0. 012，与塑性金属类似；由于具有自润滑性，Ti3SiC2能直接用手锯切割或在无润滑条件下钻孔、车螺纹；由于具有高电导率，Ti3SiC2甚至可以电加工成型。因此，Ti3SiC2 优良的机械加工性能更能适应电接触材料的后续加工成型工艺和工业化生产。在保证电接触性能符合有关国家标准的前提下，本发明通过选择综合性能优良的增强相材料Ti3SiC2, 可大大提高电接触复合材料中增强相的掺量。一般而言，相比Ag/SnA材料，AgAi3SiC2可节约用银5% 10%。
具体实施例方式以下通过实例进一步对本发明进行描述。本发明提供的Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，具体包括如下步骤(1)采用银氨溶液化学镀银的方法制备包银Ti3SiC2粉体，然后将该粉体用蒸馏水清洗至中性，再经醇洗后在真空中烘干；(2)将上述烘干后的包银Ti3SiC2粉体与银粉球磨混合均勻，包银Ti3SiC2粉体占混合粉体总质量的8% 20% ；(3)将混合均勻后的粉体通过等静压压制成坯体，然后依次经过烧结、复压、复烧工艺，最后热挤压成型获得Ag/Ti3SiC2电接触复合材料。
步骤(1)中所采用银氨溶液化学镀银的方法是将1135比2陶瓷粉体加入甲醛的乙醇水溶液中，经10 50KHZ超声波分散1 证后，滴加PH值为8 12的硝酸银和氨水配制而成的银氨溶液，反应1 他后得到包银Ti3SiC2粉体；其中，Ti3SiC2陶瓷粉体的固含量占反应体系总质量的 10%;其原料加入量按最终反应体系的体积计甲醛浓度为1 5mL/L，乙醇浓度为50 150mL/L，硝酸银浓度为5 10g/L，氨水浓度为5 30mL/L。各实施例中的试验数据见下表
权利要求
1.一种Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，具体包括如下步骤(1)采用银氨溶液化学镀银的方法制备包银Ti3SiC2粉体，然后将该粉体用蒸馏水清洗至中性，再经醇洗后在真空中烘干；(2)将上述烘干后的包银Ti3SiC2粉体与银粉球磨混合均勻，包银Ti3SiC2粉体占混合粉体总质量的8% 20% ；(3)将混合均勻后的粉体通过等静压压制成坯体，然后依次经过烧结、复压、复烧工艺， 最后热挤压成型获得Ag/Ti3SiC2电接触复合材料。
2.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，步骤⑴ 中所采用银氨溶液化学镀银的方法是将Ti3SiC2陶瓷粉体加入甲醛的乙醇水溶液中，经 10 50KHZ超声波分散1 证后，滴加PH值为8 12的硝酸银和氨水配制而成的银氨溶液，反应1 6h后得到包银Ti3SiC2粉体；其中，Ti3SiC2陶瓷粉体的固含量占反应体系总质量的 10% ；其原料加入量按最终反应体系的体积计甲醛浓度为1 5mL/L，乙醇浓度为50 150mL/L，硝酸银浓度为5 10g/L，氨水浓度为5 30mL/L。
3.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，所述原料Ti3SiC2粉体的粒径范围为10 lOOOnm，银粉的粒径范围为0. 01 50 μ m。
4.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2) 中所述球磨工艺中，球磨转速范围为50 200r/min，球料比范围1 1 10 1，球磨时间1 24h。
5.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中所述等静压压强范围50 500MPa。
6.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中所述烧结工艺，是指在氢气气氛保护下烧结，烧结温度700 950°C，烧结时间1 12h。
7.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中所述复压工艺，是在500 750°C下进行热压，压强范围200 700MPa，保温时间10 60mino
8.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中所述复烧工艺，是指在氢气气氛保护下再次烧结，烧结温度700 950°C，烧结时间1 12h。
9.根据权利要求1所述Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中所述热挤压成型工艺中，模具预热温度200 700°C，坯料温度300 900°C，挤压比范围为10 200，挤压速度为1 10cm/min。
全文摘要
本发明涉及新型电接触复合材料的制备，旨在提供一种Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法。包括采用银氨溶液化学镀银的方法制备包银Ti3SiC2粉体，然后将该粉体用蒸馏水清洗至中性，再经醇洗后在真空中烘干；将烘干后的粉体与银粉球磨混合均匀；将混合均匀后的粉体通过等静压压制成坯体，然后依次经过烧结、复压、复烧工艺，最后热挤压成型获得成品。本发明通过表面载银技术改善了增强相与银基体的润湿性；受电弧侵蚀后表面不会出现严重的偏聚，接触电阻保持在低且稳定的范围；同时，材料表面温升也能保持在较低的水平。本发明可大大提高电接触复合材料中增强相的掺量，相比Ag/SnO2材料可节约用银5％～10％。
文档编号C22C5/06GK102312150SQ20111029375
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者乔秀清, 杨辉, 樊先平, 申乾宏, 贺庆, 陈乐生 申请人:浙江大学