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1、电接触材料及其异型复合的研究电接触材料属颗粒增强型复合材料,又称颗粒弥散强化材料,在冶金原理上同样遵循复合材料的强化机理[1]。银基体承担导电导热的主要任务,强化相的状态和行为关系到电接触元件在服役期间抗电弧侵蚀能力和耐磨损性,因此弥散强化相的选择及用量是关键之一。电接触材料中,在电子电器元件制造业中的应用最为广泛。由于近年世界各国相继出台了有关法令法规,含产品必须被替代,使业内科技工作者更加重视其它环保材料的质量改进和推广应用。这些环保型电接触材料主要有、、、、、、、等,还有添加Ni、、、、、、、、、、、、、、、、等作为改性剂的派生产品。其制备工艺除
2、了较为成熟的粉末冶金法、合金内氧化法外,还针对不同产品的特点研发了反应合成法、化学共沉积法、化学镀法等[2]。实践证明,目前能够较好替代作为复合材料贵金属复层的主要是及其派生产品。材料作为近年电触头材料研究的热点,在发达国家得到迅速发展,已逐步应用于交流、直流接触器、功率继电器和某些低压断路器等领域。虽然具有抗熔焊、耐磨损的特点,但因其抗电弧侵蚀能力差、几乎不被银基体润湿、较高的接触电阻和温升、与银基体热膨胀系数差别大、界面易生裂纹等缺点限制了其应用。研究者从合金设计和工艺技术改进入手,研究出许多派生品种和相应的生产工艺,试图满足不同使用条件下的电接触
3、元件对此类材料的性能要求。业内人士在新型电接触材料的研发中对界面结合状况给予了较多的关注,例如：(1)采用及+添加剂对进行表面改性,用以改善表面与Ag的润湿性,提高界面结合强度[3]；(2)采用添加剂、、,分散剂聚乙二醇,以及采用表面镀银的方法,在改善与Ag的润湿性、减少晶界析出、使分布均匀以减少晶界电子散射、降低材料电阻率、提高材料力学物理性能方面有一定效果[4]；(3)采用一定的工艺方法,使弥散强化相细化到纳米尺度,能改善6与Ag的润湿性,可以使弥散度更高,有助于提高材料的力学物理性能,电性能也有所提高[5]。触头材料中氧化物含量、氧化物颗粒大小以
4、及添加物的种类共同影响着触头的电寿命。工业应用实践表明,粉末中值粒径d=2~4μm、粒径分布范围窄的添加物较适用于优质触头材料的制备。部分研究者从改善触头材料氧化物的分布和粒度入手，采用化学共沉淀制备含Fe元素的复合纳米粉末，利用750℃常压烧结成型工艺制备出纳米复合Ag基触头合金[6]。耐电压性能和放电后表面形貌的测试分析表明该纳米复合电接触材料电阻率及硬度较高，密度偏低，原因应该是纳米颗粒（40nm以下）的存在增加了组织中缺陷的数量。与商用内氧化法制得的和纳米复合电接触材料相比氧化物粒子在Ag基体中的弥散程度更高。而商用触头氧化物粒子在晶界处沉积较
5、多，而且在银晶粒内部存在氧化物粒子的团聚。电击穿实验表明，商用电接触材料耐电压场强具有较大的分散性，在（3～11）×10V/m范围内都有明显分布，而纳米复合电接触材料电压场强分布较集中，主要分布在（3～6）×107V/m左右。此外，纳米复合电接触材料的平均场强基本比商用的低9.8%～29.7%。纯的纳米复合电接触材料随纳米氧化物焙烧制备温度的升高平均电压场强升高。而含Fe的纳米复合电接触材料正好相反，随纳米氧化物焙烧制备温度的升高平均电压场强下降。电击穿（500次）实验表明：商用合金表面熔融现象严重，蚀坑起伏较大，存在众多的小液滴。这样就使商用电接触材
6、料因表面粗糙度差，凸凹起伏程度高，电压场强统计分布分散。比较而言，纳米复合合金的表面电弧烧蚀形貌更加均匀，电弧蚀坑小而均匀，液滴数目少，烧蚀轻微。因此纳米复合电接触材料的烧蚀轻微、蚀坑凸凹起伏程度小，电压场强的统计分布集中。6纳米复合电接触材料的平均电压场强基本都低于商用电接触材料，可能的原因是商用电接触材料采用内氧化法制备，合金密度高，而纳米电接触材料采用粉末冶金法制得，加上纳米化的影响，纳米复合电接触材料的致密度较低，降低了纳米电接触材料的平均耐电压强度。同时，起弧电压取决于电接触材料的功函数和其蒸汽的电离电位，纳米粒度越细小，其合金材料表面功函数
7、及其蒸汽的电离电位越小，易于引起触点间电击穿，降低耐电压强度，这对触点合金是不利的。但Fe掺杂的合金触点却正好相反，随纳米粒度的增加，耐电压强度减少，这可能是纳米第二相的热导率大大低于基体Ag，Fe元素的加入，进一步降低第二相颗粒的热导率，放电过程中热量不易从纳米颗粒向基体传导，容易发生热量集中导致击穿，并随着纳米颗粒尺寸的增大，向周围传导的能力进一步降低，使其耐电压强度下降[7]。此外，采用复合添加剂是提高传统触头材料性能的有效途径[8]。如添加In能显著改变触头材料的电性能,对材料的热稳定性和电弧熔化区微观结构产生影响,有效降低开关操作过程中触头材
8、料的温升,提高触头材料的抗电弧侵蚀和抗熔焊性能。内氧化法作为制备触头材料的常用工艺方法存在的致
