[发明专利]碳化硅晶须增强银基触点材料及其制备方法

说明书

本发明涉及银基电触点材料及其制备方法。

银基复合材料作为电触点材料在低压电器领域已得到广泛应用。现有银基复合材料中的增强物有金属氧化物、碳化物、金属及石墨等，其形状均为颗粒状。由于这些增强物熔点高且化学性能稳定，使材料抗熔焊性能较好而耐电弧侵蚀性差、接触电阻高，难以满足实际需要。陶瓷晶须的问世，为增强物提供了新的选择，它们已在包括金属基复合材料在内的先进结构复合材料中得到成功的应用，但因制备工艺等原因尚未发现应用于触点材料。若通过适当方法实现晶须在银基体中均匀混杂分布并与银良好浸润，较颗粒增强物无疑会大幅度提高触点材料的综合性能。事实上，国外新近发展的烧结挤压法制备高性能触点材料就是短纤维增强效果的例证，但这种方法是通过挤压比大于150的深度挤压使增强颗粒纤维化。还有人尝试用镀层加热压制碳纤维增强银基触点材料亦取得较好效果。

本发明的目的是，提供一种碳化硅(SiC)晶须增强银基触点材料及其制备方法，由此获得具有优良性能的银基电触点材料，满足实际应用的需要。

本发明的技术方案之一是，所述SiC晶须增强银基触点材料的制备方法由制备Ag包覆SiC晶须复合物工艺和将所述复合物经压制成型、烧结、压力加工制成SiC晶须增强银基触点材料的粉末冶金工艺组成，其技术特点是，所述制备Ag包覆SiC晶须复合物的工艺过程是：

(1)、选取直径为0.1-2μm、长度30-100μm、密度3.19-3.30g/cm³、松装密度0.05-0.15g/cm³的β-SiC晶须；

(2)、按Ag-SiCw材料中SiC晶须的重量百分比含量为3-15％之配比将SiC晶须放入适量的去离子水或蒸馏水中；

(3)、以频率为10-40KHZ超声波振动10-60min；

(4)、加温至40-80℃并搅拌和保持超声波振动，同时按配比滴入用氨水络合至PH为9-11的0.1-2M的销酸银溶液和适当过量的水合肼或甲醛溶液，由此获得Ag包覆SiC晶须生合物。

(5)、水洗所述生成物至中性后干燥，获得Ag包覆SiC晶须复合物。

本发明的技术方案之二是，所述SiC晶须增强银基触点材料以银为基体金属，其技术特点是，在所述银基体金属中含有呈弥散分布且其重量百分比含量为3-15％的SiC晶须。

以下结合本发明的原理对本发明做出进一步说明。

低压电器对触点材料的主要功能要求包括良好的耐电弧侵蚀性和抗熔焊性以及低接触电阻。触点材料的失效过程取决于电弧与材料的交互作用。材料对电弧作用的响应包括材料的相变、流动、侵蚀及增强物在接触表面的富集。电弧高温使材料中的组元发生相变，如银可因此由固相变为液相甚至气相；洛伦兹力场的旋转部份和液池中温度梯度引起的表面张力梯度的共同作用造成液池中液态银的流动；液态金属的流速超过一定值时将使液池以小液滴形式形成喷溅，且开关动作时触点对之间的撞击也使金属液池飞溅，即造成侵蚀；侵蚀造成接触面导电相银含量的降低以及电磁力对液池流动的搅拌作用会使液池中的增强物颗粒向表面运动而形成接触面上增强物富集，进而导致接触电阻升高；这些机理已被大量实验所证实。

本发明认为，从利用金属基复合材料中高熔点增强物骨架的毛细管作用保持熔融银于骨架中不产生飞溅这一根本机制考虑，增强物的形貌、尺寸及其与银溶液润湿性决定触点材料耐电弧侵蚀这一主要性能。讫今为止，银基触点材料中的增强物均为颗粒状，而SiC晶须与之相比有不可多得的综合优势，包括：

1、相变。由于SiC熔点高达2688℃，电弧高温也不易使其发生相变。

2、流动。熔融银液池中由于有适量的SiC晶须，显然将大大降低银溶液的流速，使其不易以液滴形式喷溅。特别是在中、低电流强度等级的电器开关中，液池只在一很薄的表层上形成，某些大长径比的晶须将呈一端在固态银中而另一端在银熔池中的形态，这样进一步降低银熔液流速，减少其喷溅，因此使材料具有低接触电阻和耐电弧侵蚀性能。

3、增强物在接触表面富集。随着触点服役时间的延长，不可避免地造成银损耗而导致SiC晶须在接触面上富集。但由于SiC是一种半导体，有较好的导电性，亦不致于使触点接触电阻明显升高。

4、热稳定性。触点服役过程中不可避免地有温升。由于SiC晶须强度、模量极大，熔点很高，将明显提高触点材料的软化温度，这时对保证触点有良好的抗熔焊性能极为有利。