[发明专利]银-金属氧化物复合材料及其生产方法

说明书

本发明涉及一种银-金属氧化物复合材料及其生产方法，特别是适用于电触点材料和电焊电极材料的银-金属氧化物复合材料及其生产方法。

通过在银中加入金属氧化物如氧化锡而制备金属氧化物的复合材料，其强度有明显改进，因此可用作交流和直流电的继电器、开关、断电器等电触点材料，尤其适用于中等负荷的电开关触点材料。

到目前为止，银-金属氧化复合材料的生产方法是将含一种或多种其它要氧化的金属的银合金进行内部氧化，或者用粉末冶金法烧结银粉和其它金属化物的粉末。

按上述内氧化法，银-其它金属的固溶体合金，在提高氧分压的条件下，加热至其熔点以下，以使氧扩散到合金中，从而使对氧有较高亲和力的其它金属以很细的氧化物颗粒形式在银基质中沉淀。然而，这种方法的缺点是在所生产的复合物材料中，所能达到氧化物含量局限于不超过4％左右(按元素金属重量计)，并且氧向固溶体合金的扩散速度是如此之低，以至于复合物材料的生产需要很长时间。为了使氧化物含量提高到4％以上(按元素金属计)或者为了提高氧的扩散速度，在内氧化之前就需添加能促进氧化的元素如In和Bi。尽管如此，合金的内氧化厚度达到如2mm时，大约需花费一个月的时间。

此外，按照内氧化作用，扩散到固溶体合金中的氧量，与距已氧化的表面层厚度的平方成反比降低，以至于不可避免地使靠近表面的氧化物颗粒变细而致密，而在芯中形成含少量大氧化物颗粒的合金相，因此产生的银-金属氧化物复合材料在氧化物颗粒的分布上及其大小上是不均匀的。颗粒尺寸随深度增大。因为氧化物颗粒如上所述在大小方面是不均匀的而且是分开的，所以获得的复合物材料强度的改进受到限制，因此有必要作进一步的改进。

在按粉末冶金法生产银-金属氧化物复合材料中，具有优良耐熔性能的Sn、Cd、Zn等氧化物粉末和银粉在银处于固态时的温度下进行烧结，所以银相和氧化物颗粒间的结合不可能很强，其间留有很小的空隙。此外，原料氧化物晶体结构所存在的缺陷没有得到弥补，因此，所获得的烧结产品机械强度很差，尤其是在高温条件下，甚至不能通过后处理如热压锻造来改进。为了改进粉末冶金法生产的银-金属氧化物复合材料，试图添加能形成低价氧化物的W、Mo或类似物，然而它们增加了接触电阻，使获得的复合物材料在该材料用作电触点材料时易于沉积。为了改进性能提出添加MnO、CaO、ZrO₂或类似物，但它们有损于烧结性能，因此导致降低所得烧结产品的机械强度。

本发明的目的是提供一种银-金属氧化物复合材料，在该材料中特定元素的细颗粒与银基质紧密结合，或者不留空隙而能在银基质中均匀分布，并提供一种能在短时间内，高生产率地生产这种复合物材料的方法。

本发明者发现通过将银-其它金属体系置于液相和固相共存的条件下，能使在内氧化该体系中的氧扩散速度提高，而且还发现能制取生成的氧化物颗粒与银基质紧密结合的或不留空隙而均匀地分布在银基质中的银-金属氧化物复合材料。

银-金属氧化物复合材料

本发明提供的一种银-金属氧化物复合材料，含有银基质，(a)1-20％(以元素金属重量计)的至少一种选自Sn、Cd、Zn和In元素氧化物和(b)任选0.01-8％(以元素金属重量计)的至少一种选自Mg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、Mn和Ti元素氧化物和/或(c)0.01-8％(以元素金属重量计)的至少一种选自Sb、Bi和铁系金属如Fe、Ni和Co元素氧化物；(a)元素的氧化物和所存在的(b)元素氧化物和/或(c)元素氧化物以粒径不大于约0.1μm的微细颗粒均匀地分布于银基质从其表面到芯的整个范围内，而且在氧化物和银基质间不留空隙地与银基质结合。

在本发明的复合材料中，分散于基质内的氧化物颗粒通常具有坚硬而致密的晶体结构。

在本发明的银-金属氧化物复合材料中，不同于现有技术的由内氧化生产的复合材料，氧化物以粒径不大于约0.1μm左右的微细颗粒形式均匀地分散在银基质的从表面到芯的整个范围内并且与银基质紧密地结合或不留空隙；因此复合材料的物理和化学强度，特别是在高温下是优良的。虽然按照内氧化作用，氧化物最高仅有大约4％(按元素金属重量计)掺入复合物材料中，但是本发明复合物材料的氧化物含量几乎不受限制，实际上可以高达50％，最好36％(按元素金属重量计)，结果进一步改进了强度。

此外，常规的内氧化要完成氧化作用需要很长时间，特别是生产厚壁复合物产品就很困难，然而，下文描述的本发明方法，正好相反，甚至在显著短的时间内可高生产率地生产厚壁的或大块的上述复合物产品。