[发明专利]确定AgSnO2触头材料中掺杂的稀土元素及其配比的方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及包含氧化物的贵金属作为基底材料的触点，具体地说是确定AgSnO₂触头材料中掺杂的稀土元素及其配比的方法。

背景技术

触头材料是低压电器的重要组成部件，担负着电器的接通与分断等工作，其电气性能决定了电器产品是否能够可靠动作，能否有效接通与分断电路。由于AgCdO触头材料中含有有毒物质并且污染环境，它已经被AgSnO₂触头材料逐渐取代，新型AgSnO₂触头材料是一种Ag与SnO₂的混合物，其表现出优良的耐电弧侵蚀性，耐磨性以及抗熔焊性，并且它不含有毒物质，安全环保。在AgSnO₂触头材料中Ag为主要成分，为防止Ag熔化后液体飞溅，加入SnO₂能起一定的增强银液粘度的作用，故SnO₂必不可少。但是，AgSnO₂触头材料中的SnO₂存在一系列缺点，SnO₂属于一种宽禁带半导体材料，近似绝缘，其带隙宽度很宽，达到3.6eV，故其导电性极差，加入到AgSnO₂中对触头材料的导电性影响极大，使得AgSnO₂触头材料的接触电阻增大，温升升高，导致AgSnO₂材料的电气性能变差。因此，国内外对这一现状的改善仍旧处于研究中，对AgSnO₂触头材料电气性能进行改善是目前急需解决的重大问题。

为了使AgSnO₂触头材料的电气性能得到进一步改善，现有技术是向AgSnO₂触头材料中添加一种或多种元素。CN 1632894公开了低压开关电器用银基稀土合金触头材料及其制备方法，介绍了使用化学共沉淀法制备的稀土元素(La、Ce、Pr、Nd)及金属元素(Bi、In、Sb、Ti)掺杂的银基触头材料，实验证明掺杂稀土元素能够有效改善触头材料的电气性能；CN 101984117A揭示了一种混合稀土氧化物改性的银氧化锡电接触材料的制备方法，主要通过喷射共沉积、原位化学反应等实际的加工技术，制备了混合稀土氧化物改性的银基电触头材料，掺杂后的触头材料具有较高的抗熔焊性和耐弧侵蚀性；CN 102683051A报道了一种低压开关电器用银稀土氧化物触头材料及其制备方法，采用了银稀土氧化物触头材料的溶胶-凝胶法制备，所得材料有较高的密度、硬度及电导率，从而改善了其电气性能。上述现有技术均证明：掺杂稀土元素能够改善AgSnO₂触头材料的电气性能，对于采用稀土元素掺杂改善AgSnO₂触头材料性能的方法的最终结果，不仅与掺杂的稀土元素的种类有关，还与掺杂配比有关。现有技术的研发均是通过尝试性的实物实验和大范围的实体操作进行的，但是，这种实验方法和实体操作存在耗费时间长，成本高，不确定性因素多的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供确定AgSnO₂触头材料中掺杂的稀土元素及其配比的方法，利用计算机，通过第一性原理计算，确定AgSnO₂触头材料中的最佳掺杂稀土元素及其最佳掺杂配比，并通过实验验证了最佳掺杂稀土元素及最佳掺杂配比。本发明方法克服了现有技术用尝试性实验方法来确定触头材料中的最佳掺杂稀土元素及其最佳掺杂配比所存在的耗费时间长、成本高和存在不确定性因素的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：确定AgSnO₂触头材料中掺杂的稀土元素及其配比的方法，步骤如下：

第一步，选择AgSnO₂触头材料中不同的掺杂稀土元素：

选择AgSnO₂触头材料中的掺杂稀土元素分别为La、Ce、Nd和Gd，并利用计算机分别建立稀土元素La、Ce、Nd和Gd掺杂的SnO₂超晶胞模型如下：

(1)对AgSnO₂触头材料中的SnO₂建立1×2×2的超晶胞，选取位于任意一个晶胞单元体心位置Sn原子，用La原子替换，得到La掺杂的SnO₂超晶胞模型；

(2)对AgSnO₂触头材料中的SnO₂建立1×2×2的超晶胞，选取位于任意一个晶胞单元体心位置Sn原子，用Ce原子替换，得到Ce掺杂的SnO₂超晶胞模型；