专利名称：一种银金属氧化物电触头材料的制备方法
技术领域：
本发明属于电功能材料领域，是一种银基电触头材料的制造方法。
国际上已发展出几种无毒的AgMeO电触头材料，如银氧化锡(AgSnO2)、银氧化锌(AgZnO)、银氧化铜(AgCuO)等。这些AgMeO与AgCdO相比，表现出更为优良的抗熔焊和耐电弧腐蚀性能，已在一些开关电器上成功应用，但是其生产技术和使用性能上仍然存在严重不足。
AgMeO触头材料的生产主要采用粉末冶金和内氧化两种工艺方法。其中，粉末冶金技术是将银粉与氧化物粉机械混合，经冷压、烧结和后续加工成形。这种方法可以方便地控制材料成份，但由于氧化物和银基体很难形成良好的界面结合，氧化物硬度又较高，使银氧化物复合材料的成型异常困难(成型工艺包括板材的挤压、轧制，丝材的挤压、拉拔和铆钉的镦制等)。而且，由于很容易出现粉末混合不均匀现象，严重影响产品质量。
内氧化法是将Ag/Me合金在富氧环境中加热，通过氧在α-Ag中的扩散，在材料内部生成氧化物粒子。这种方法能够获得精细的氧化物粒子分布，但产品中往往存在氧化物的成分梯度，表面多，中间少，存在贫氧化物区，晶界区域还容易偏聚氧化物，严重影响触点性能。而且，块体合金材料的内氧化所需时间长，耗费能量多，某些合金(如Ag-Sn)体系很难内氧化，不得不加入贵重元素(如典型的AgSnO2In2O3合金)促进内氧化过程。为解决这些问题，人们近年来发展了将Ag/Me合金雾化成粉末然后内氧化的技术，但由于这一方法的设备投资较大、成本较高，不易在工业上规模应用。
目前，采用上述方法制备的AgMeO触头在接触电阻等使用性能上仍不如AgCdO合金，主要原因在于这些MeO与Ag的浸润性差，燃弧时MeO容易与银分离并偏聚于触头表面，影响了接触电阻等性能的稳定性。解决这一问题的较好方法是添加第二、三种氧化物组元，如在AgSnO2合金中添加In2O3、Bi2O3、CuO、MoO3、WO3、GeO2等。但是，由于常规粉末冶金工艺中添加组元与原MeO颗粒是离散分布的，即MeO颗粒近邻没有添加组元(或不能形成复合氧化物)，因而不能充分发挥提高Ag与MeO浸润性的作用。为此，DODUCO公司发展了喷雾热解法制备SnO2与Bi2O3、CuO、GeO2等添加氧化物的混合物粉末、然后将氧化物的均匀混合物(或复合氧化物)与银粉混合后再采用常规的粉末冶金技术成形，制备出的电触头材料AC3寿命和综合性能显著提高。然而，这种方法制备氧化物混合物的工序复杂，而且仍然存在常规粉末冶金技术混粉不匀、后续加工难度大的问题。
本发明银金属氧化物电触头材料的制备方法中，高能球磨的原料为Ag粉与Sn、Zn、In、Cu、Cd、Bi、W、Mo、Al、Ti、Mg、Mn、Zr、Ca、Ce、Cr、Fe、Ni、Co、Sb、Sr、Th、Pb中的至少一种混合粉，混合粉中Ag的重量百分数为75～95％。
本发明银金属氧化物电触头材料的制备方法中，还可以在高能球磨时，向原料中添加Sn、Zn、In、Cu、Cd、Bi、W、Mo、Al、Ti、Mg、Mn、Zr、Ca、Ce、Cr、Fe、Ni、Co、Sb、Sr、Th、Pb的氧化物粉末。
本发明银金属氧化物电触头材料的制备方法中，可以将高能球磨后的粉末经预处理、冷压、烧结和致密化加工成形，再将成形触头在工序间或最后经内氧化处理。或者将高能球磨粉末首先经内氧化生成Ag-MeO复合粉末，然后经冷压、烧结和致密化加工成形。其中，致密化加工是指挤压、轧制、热复压、拉拔、冲压或镦制等加工。
本发明适用于各种银金属氧化物触头，如AgSnO2、AgZnO、AgCuO、AgCdO以及在此基础上添加其它组元的系列AgMeO电触头材料。
本发明的有益效果是第一本发明提供了一种新型制备工艺，通过高能球磨及内氧化的方法实现触头材料的制备。与传统的生产工艺相比，内氧化温度显著降低(从600～900℃降至400～800℃)，时间大幅度减少(从10～30小时降至0.1～10小时)，使生产成本显著降低；第二高能球磨后粉末晶粒尺寸大幅度降低，并能达到相互合金化(或生成金属间化合物)。通过控制内氧化过程的氧分压与温度，可以分别获得纳米量级或微米量级的金属氧化物在银基体中的弥散分布；第三氧化物和银基体间为自生成界面，界面结合好，提高了材料加工性能；第四能够实现添加组元在Ag、MeO近邻的均匀分布，从而充分发挥添加组元改善Ag与MeO浸润性和提高电触头性能的作用。
本发明的关键是采用高能球磨技术实现Ag/Me粉末的合金化、均匀化和超细化，结合粉末冶金与内氧化技术制备出AgMeO电触头。
实施例1将92wt％的Ag粉与8wt％的Cu粉均匀混合，见
图1曲线a。将混合粉末高能球磨6小时，这时Cu完全固溶在Ag中形成超细化的Ag-Cu合金粉末(曲线b)；球磨后的粉末经200～350℃真空预退火后在450～600℃空气中氧化，生成氧化物弥散分布于Ag基体中的CuO颗粒的粉末(曲线c)；将氧化后粉末经热加工成形制备AgCuO10触头(曲线d)。。
实施例2将含有8wt％的Cu粉、余为Ag粉的混合粉末进行高能球磨(高能球磨可在真空、氩气或空气中进行，球磨2～8小时)，制得Ag-Cu的合金粉末。球磨后的粉末经200～350℃真空预退火，然后经冷压、烧结、轧制、拉丝、打制成铆钉。将铆钉触头在700℃经内氧化处理，生成AgCuO10触头。
实施例3将重量比分别为80～90％的Ag粉、10～20％的Sn粉混合粉末在低氧气氛中高能球磨2～10小时，制得Ag-Sn二元合金粉末，将球磨后的粉末在400～650℃氧化处理，在银基体中生成弥散分布的SnO2粒子，SnO2粒子尺寸不大于5μm。将内氧化后的粉末经冷压、烧结、热复压制备出AgSnO2触头。
实施例4将重量比分别为80～90％的Ag粉、10～20％的Sn粉、0～2％的Ce粉的混合粉末在低氧气氛中高能球磨2～10小时，制得Ag-Sn-Ce三元金属粉末，将球磨后的粉末在400～650℃氧化处理，在银基体中生成弥散分布的SnO2、CeO粒子，SnO2和CeO粒子尺寸不大于5μm。将内氧化后的粉末经冷压、烧结、热复压制备出AgSnO2CeO触头。
权利要求
1.一种银金属氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于用高能球磨方法首先制备出含银的合金化、或金属间化合物、或显著细化的粉末，再经内氧化及成型处理制备成电触头。
2.按照权利要求1所述银金属氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于所述高能球磨的原料为Ag粉与Sn、Zn、In、Cu、Cd、Bi、W、Mo、Al、Ti、Mg、Mn、Zr、Ca、Ce、Cr、Fe、Ni、Co、Sb、Sr、Th、Pb中至少一种的混合粉，混合粉中Ag的重量百分数为75～95％。
3.按照权利要求2所述银金属氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于原料中添加Sn、Zn、In、Cu、Cd、Bi、W、Mo、Al、Ti、Mg、Mn、Zr、Ca、Ce、Cr、Fe、Ni、Co、Sb、Sr、Th、Pb的氧化物粉末。
4.按照权利要求1所述银金属氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于将高能球磨后的粉末经预处理、冷压、烧结和致密化加工成形，再将成形触头在工序间或最后经内氧化处理。
5.按照权利要求1所述银金属氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于将高能球磨粉末首先经内氧化生成Ag-MeO复合粉末，然后经冷压、烧结和致密化加工成形。
6.按照权利要求4或5所述银金属氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于其中，致密化加工是指挤压、轧制、热复压、拉拔、冲压或镦制等加工。
全文摘要
一种银金属氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于用高能球磨方法首先制备出含银的合金化、或金属间化合物、或显著细化的粉末，再经内氧化及成型处理制备成电触头。本发明内氧化温度显著降低，时间大幅度减少使生产成本显著降低；本发明通过控制内氧化过程的氧分压与温度，可以分别获得纳米量级或微米量级的金属氧化物在银基体中的弥散分布；本发明氧化物和银基体间为自生成界面，界面结合好，提高了材料加工性能；另外本发明能够实现添加组元在Ag、MeO近邻的均匀分布，从而充分发挥添加组元改善Ag与MeO浸润性和提高电触头性能的作用。
文档编号C22C5/06GK1477219SQ0213279
公开日2004年2月25日 申请日期2002年8月21日 优先权日2002年8月21日
发明者王亚平, 田涛, 卢柯 申请人:中国科学院金属研究所