高延伸率銀基電接觸材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料技術(shù)，旨在提供一種高延伸率銀基電接觸材料及其制備方法。該原料配方是由重量百分含量計(jì)算的下述組分組成：銀粉84～88％、碳化硅晶須1～8％、銅纖維2～6％、納米二氧化硅溶膠1～12.9％、表面改性劑0.1～1％。本發(fā)明通過納米二氧化硅溶膠改性，在銀基體中形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了碳化硅晶須和銅纖維的優(yōu)良性質(zhì)，提高了銀基電接觸材料的延伸率、電導(dǎo)率和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而彌補(bǔ)了現(xiàn)有環(huán)保型銀基電接觸材料可加工性能差、電阻率高等不足。本發(fā)明的制備過程環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、成本較低。在達(dá)到同等性能的條件下，可以降低電接觸材料中銀的使用量，從而節(jié)約貴金屬資源。
【專利說明】
高延伸率銀基電接觸材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)電高延伸率銀基電接觸 材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電接觸材料及元件是電器工業(yè)的核心基礎(chǔ)，擔(dān)負(fù)著接通與分?jǐn)嚯娏鞯娜蝿?wù)，其性 能直接影響到整機(jī)設(shè)備的通斷容量、使用壽命和運(yùn)行可靠性。電接觸材料發(fā)展至今已有一 百多年歷史，主要經(jīng)歷了電接觸金屬材料、電接觸合金材料、電接觸復(fù)合材料三個(gè)階段。
[0003] 二十世紀(jì)初，主要采用〇1)8^11、？七等純金屬作為電接觸材料。其中48具有較高 的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和機(jī)械加工性能，成為當(dāng)時(shí)較為理想的一種電接觸材料。但隨著 應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，Ag電接觸材料不耐磨、易發(fā)生冷熔焊、抗硫化能力差等缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)，而 其較高的成本也限制了材料的應(yīng)用。二十世紀(jì)三四十年代，人們開始采用AgCu、AgCd等合金 作為電接觸材料，改善電接觸材料的硬度，提高其抗硫化能力，并降低電接觸材料成本，但 電接觸材料在綜合性能和電壽命方面仍有待進(jìn)一步提高。這一時(shí)期還出現(xiàn)了Ag/Ni、Ag/W等 假合金材料，并表現(xiàn)出優(yōu)于以往材料的性能，電接觸復(fù)合材料由此受到人們的關(guān)注。 F.R.Hensel等人成功開發(fā)出Ag/CdO電接觸復(fù)合材料并從五十年代開始大規(guī)模應(yīng)用，具有耐 電弧、抗熔焊、耐電氣和機(jī)械磨損、耐腐蝕和低接觸電阻以及良好的加工性等優(yōu)點(diǎn)，在較大 的工作電壓或電流范圍內(nèi)，都表現(xiàn)出優(yōu)良的電接觸性能，被稱為"萬能觸點(diǎn)材料"，在此后的 六十余年Ag/CdO電接觸復(fù)合材料一直占據(jù)著市場(chǎng)的主導(dǎo)。同時(shí)，Ag/Sn〇2、Ag/ZnO、Ag/C等多 種Ag基電接觸復(fù)合材料得到進(jìn)一步發(fā)展。
[0004] 進(jìn)入二十一世紀(jì)，環(huán)境保護(hù)日益受到世界各國(guó)重視，2003年2月歐盟頒布了《關(guān)于 在電子電器設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》(RoHS指令)和《廢舊電子電器》(WEEE指令） 對(duì)電子電器設(shè)備中含Cd材料的應(yīng)用進(jìn)行限制，掀起了 Ag/CdO替代電接觸材料研究的熱潮。 近十年來，研究人員圍繞環(huán)保型無Cd電接觸復(fù)合材料開展了大量的研究工作，主要集中在 新材料體系的探索、已有材料體系的改性以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的控制等方面，并成為Ag基復(fù) 合電接觸材料研究發(fā)展的趨勢(shì)。
[0005] 然而，目前研究和應(yīng)用較多的Ag/Sn02、Ag/Zn0等環(huán)保型電接觸材料，雖然力學(xué)、電 學(xué)等性能相對(duì)優(yōu)異，但是可加工性能差(特別是當(dāng)銀含量降低至90wt%以下），導(dǎo)致產(chǎn)品綜 合性能下降、生產(chǎn)成本增加、成品率降低，極大地阻礙了環(huán)保型電接觸材料的應(yīng)用和發(fā)展。 因此，亟需開發(fā)可加工性能優(yōu)異、生產(chǎn)成本較低的環(huán)保型銀基電接觸材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高延伸率 銀基電接觸材料及其制備方法。該方法制備獲得的銀基電接觸材料具有高延伸率、高電導(dǎo) 率、高抗拉強(qiáng)度和長(zhǎng)電壽命。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案為：
[0008] 提供一種高延伸率銀基電接觸材料的原料配方，是由重量百分含量計(jì)算的下述組 分組成:銀粉84~88%、碳化硅晶須1~8%、銅纖維2~6%、納米二氧化硅溶膠1~12.9%、 表面改性劑0.1~1 %。
[0009] 本發(fā)明中，所述表面改性劑為聚乙烯吡咯烷酮。
[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了利用前述原料配方制備高延伸率銀基電接觸材料的方法，包 括下述步驟：
[0011] (1)按所述原料配方的比例關(guān)系稱量各組分；
[0012] (2)將納米二氧化硅溶膠與去離子水按質(zhì)量比1:50配好后，置于超聲設(shè)備中超聲 處理30min，取出后在800~1200r/min的攪拌速率下，邊攪拌邊依次加入表面改性劑、碳化 硅晶須和銅纖維，繼續(xù)攪拌20min后，獲得復(fù)合料衆(zhòng)A;
[0013] (3)將復(fù)合料衆(zhòng)A置于反應(yīng)釜中，在180-220°c條件下反應(yīng)8-12h，獲得復(fù)合料漿B;
[0014] (4)將復(fù)合料漿B置于真空干燥箱烘干獲得復(fù)合粉體A，備用；
[0015] (5)將銀粉與復(fù)合粉體A按比例放置于機(jī)械球磨設(shè)備中，在300r/min的速度下攪拌 球磨1~2小時(shí)，獲得復(fù)合粉體B;
[0016] (6)將復(fù)合粉體B置于成型模具中，依次在80MPa和220MPa條件下分兩步干壓成型， 獲得銀基電接觸材料坯體；
[0017] (7)將銀基復(fù)合材料素坯置于真空燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛和860~900°C條件下燒 結(jié)3~6小時(shí)，獲得高延伸率銀基電接觸材料。
[0018] 本發(fā)明中，所述銀粉的粒徑為1~5um，純度為99.99%。
[0019] 本發(fā)明中，所述碳化硅晶須為金剛石晶型，其直徑為200nm-500nm，長(zhǎng)度為5-10um， 純度為99.99 %。
[0020] 本發(fā)明中，所述銅纖維的直徑為l-3um，長(zhǎng)度為10-30um。
[0021] 本發(fā)明中，所述納米二氧化硅溶膠的粒度為30-50nm，濃度為30wt%。
[0022]本發(fā)明中，所述步驟(2)中，超聲設(shè)備的頻率為50HZ。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0024] 1、本發(fā)明利用具有金剛石晶型的碳化硅晶須的高韌性、高抗拉強(qiáng)度和高模量的特 點(diǎn)，以及銅纖維優(yōu)異的導(dǎo)電和變形性能，通過納米二氧化硅溶膠改性，在銀基體中形成連續(xù) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了碳化硅晶須和銅纖維的優(yōu)良性質(zhì)，提高了銀基電接觸材料的延伸率、 電導(dǎo)率和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而彌補(bǔ)了現(xiàn)有環(huán)保型銀基電接觸材料可加工性能差、電阻率高等不 足。
[0025] 2、本發(fā)明的制備過程環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、成本較低。在達(dá)到同等性能的條件下，可以 降低電接觸材料中銀的使用量，從而節(jié)約貴金屬資源。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面通過實(shí)例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。
[0027] 本發(fā)明中，高延伸率銀基電接觸材料的原料配方，是由重量百分含量計(jì)算的下述 組分組成：銀粉84~88 %、碳化硅晶須1~8 %、銅纖維2~6 %、納米二氧化硅溶膠1~ 12.9%、表面改性劑0.1~1 %。
[0028] 利用該原料配方制備高延伸率銀基電接觸材料的方法，包括下述步驟：
[0029] (1)按所述原料配方的比例關(guān)系稱量各組分；
[0030] (2)將納米二氧化硅溶膠與去離子水按質(zhì)量比1:50配好后，置于超聲設(shè)備中超聲 處理30min，取出后在800~1200r/min的攪拌速率下，邊攪拌邊依次加入表面改性劑、碳化 硅晶須和銅纖維，繼續(xù)攪拌20min后，獲得復(fù)合料衆(zhòng)A;
[0031] (3)將復(fù)合料衆(zhòng)A置于反應(yīng)釜中，在180-220°c條件下反應(yīng)8-12h，獲得復(fù)合料漿B;
[0032] (4)將復(fù)合料漿B置于真空干燥箱烘干獲得復(fù)合粉體A，備用；
[0033] (5)將銀粉與復(fù)合粉體A按比例放置于機(jī)械球磨設(shè)備中，在300r/min的速度下攪拌 球磨1~2小時(shí)，獲得復(fù)合粉體B;
[0034] (6)將復(fù)合粉體B置于成型模具中，依次在80MPa和220MPa條件下分兩步干壓成型， 獲得銀基電接觸材料坯體；
[0035] (7)將銀基復(fù)合材料素坯置于真空燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛和860~900°C條件下燒 結(jié)3~6小時(shí)，獲得高延伸率銀基電接觸材料。
[0036] 各實(shí)施例中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表(各組分的份數(shù)均為重量百分比含量）：
[0037]
[0038] 采用本發(fā)明方法制備獲得的高延伸率銀基電接觸材料，與現(xiàn)有技術(shù)中銀含量相同 的電接觸材料相比，其延伸率明顯提高，電阻率明顯降低，抗拉強(qiáng)度提高。
[0039] 例如，市售產(chǎn)品中銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88 %的AgSn〇2材料，其電阻率一般為2.2~2.5μ Ω ·_、延伸率為13~17% (國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）、抗拉強(qiáng)度約230-250MPa。而本發(fā)明所得銀基電接觸 材延伸率高達(dá)26%、電阻率可低至1.91μΩ · cm、抗拉強(qiáng)度達(dá)330MPa，性能差異十分顯著。 [0040]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子。顯然，本發(fā)明不 限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直 接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高延伸率銀基電接觸材料的原料配方，其特征在于，是由重量百分含量計(jì)算的 下述組分組成：銀粉84~88%、碳化硅晶須1~8%、銅纖維2~6%、納米二氧化硅溶膠1~ 12.9%、表面改性劑0.1~1 %。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原料配方，其特征在于，所述表面改性劑為聚乙烯吡咯烷酮。3. -種利用前述原料配方制備高延伸率銀基電接觸材料的方法，其特征在于，包括下 述步驟： (1) 按所述原料配方的比例關(guān)系稱量各組分； (2) 將納米二氧化硅溶膠與去離子水按質(zhì)量比1:50配好后，置于超聲設(shè)備中超聲處理 30min，取出后在800~1200r/min的攪拌速率下，邊攪拌邊依次加入表面改性劑、碳化硅晶 須和銅纖維，繼續(xù)攪拌20min后，獲得復(fù)合料衆(zhòng)A; (3) 將復(fù)合料衆(zhòng)A置于反應(yīng)釜中，在180-220 °C條件下反應(yīng)8-12h，獲得復(fù)合料漿B; (4) 將復(fù)合料漿B置于真空干燥箱烘干獲得復(fù)合粉體A，備用； (5) 將銀粉與復(fù)合粉體A按比例放置于機(jī)械球磨設(shè)備中，在300r/min的速度下攪拌球磨 1~2小時(shí)，獲得復(fù)合粉體B; (6) 將復(fù)合粉體B置于成型模具中，依次在SOMPa和220MPa條件下分兩步干壓成型，獲得 銀基電接觸材料坯體； (7) 將銀基復(fù)合材料素坯置于真空燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛和860~900°C條件下燒結(jié)3~ 6小時(shí)，獲得高延伸率銀基電接觸材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述銀粉的粒徑為1~5um，純度為 99.99%〇5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述碳化硅晶須為金剛石晶型，其直徑為 200nm-500nm，長(zhǎng)度為5-10um，純度為99 · 99 %。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述銅纖維的直徑為l-3um，長(zhǎng)度為10-30um〇7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述納米二氧化娃溶膠的粒度為30-50nm， 濃度為30wt%。8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，超聲設(shè)備的頻率為50HZ。
【文檔編號(hào)】H01H1/0233GK105908105SQ201610394031
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張玲潔, 沈濤, 楊輝, 管秉鈺, 樊先平, 章之樹
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)