新型agc电接触材料制备及其性能研究

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1、摘要基于纳米材料诱人的特性和应用前景，本论文首次将纳米技术应用在AgC触头材料的制备中，研制出性能优异的新型AgC触头，并对其机械物理性能和耐电弧磨损性能进行了系统研究。为整体改善传统机械混粉AgC触头的机械物理性能和耐电弧磨损性能，首先从粉体制备上入手，引入化学包覆工艺改善其成分偏聚和组织不均匀性，采用高能球磨获得纳米级石墨．作为后续银原子非均质形核核心，结合还原剂液相喷雾技术制备出纳米晶AgC包覆粉，利用该粉体良好的烧结致密性能实现了块体触头性能的全面改善。以纯度为C％>99．5％、粒度为200目的石墨粉为原料，通过QM．1SP型行星式球磨机，经过最佳球磨

2、时间10h高能球磨后，制备出一维纳米级石墨，平均厚度50．60nm。对球磨包覆Ag．5％C粉的x衍射测试表明，制备的包覆粉中Ag的平均晶粒尺寸约为50nm。论文研究了制备出的纳米晶AgC包覆粉体的烧结性能及其块体触头材料的机械物理性能，研究了球磨时间对触头性能及组织的影响以及烧结温度对其性能的影响，对AgC体系三种不同的粉体制备工艺触头材料进行了组织和机械物理性能对比分析并建立了简要的机理模型分析，研究了纳米晶包覆粉的配比添加对常规机械混粉触头性能的影响。研究结果表明，随着球磨时间的增加，AgC块体触头出现了石墨定向组织。电导率均匀组织时最高，出现石墨定向组织

3、时降低，又随定向组织的增多而回升，但材料的硬度和致密性下降。随着烧结温度的升高．触头的致密度增加，硬度上升，电导率明显提高。在840。C左右，材料性能最佳。与机械混粉和滴加．包覆工艺相比，球磨石墨喷雾一包覆工艺制备的Ag一5％C材料具有极好的机械物理性能和更加均匀的组织。新工艺中采用还原剂液相喷雾技术，大大增加了还原剂与反应溶液单位时间接触面积，提高了分散在反应溶液中的c粉充当Ag原子非均质形核核心的几率；同时大大降低了还原剂在反应溶液中的局域浓度，有效抑制了Ag原子长大速率。两方面作用下该技术实现了细化包覆粉体及其晶粒度的作用并改善了其包覆效果，更好地消除了

4、c在Ag基体中的成分偏聚。利用球磨．包覆工艺制备的纳米晶Ag一5％C包覆粉，混合在传统的Ag．5％C机械混粉中，实现了通过利用纳米晶粉的晶粒长大填补机械混粉材料中的微小孔隙，从而达到了改善机械物理性能的目的。A将制备出的新型Agc触头与传统粗石墨机械混粉工艺触头安装在ASTM机械式低频断开触头材料寿命试验机上进行了不间断电弧磨损对比分断试验，同时结合4组混合配粉触头进行了分阶段电弧磨损对比分断试验，测试并研究了该新型触头材料的耐电弧磨损性能和特性及其电弧腐蚀特征，并对其耐电弧磨损性能提高的机理进行了分析与探讨。研究结果表明。不间断电弧磨损试验中球磨包覆工艺制备

5、的新型AgC触头平均分断电弧质量损失远低于粗石墨机械混粉触头，抗电弧腐蚀性能提高了40％以上并具有更好的抗熔焊性能。分阶段电弧磨损试验中各组样品在最初阶段损耗量相差不大，随着分断次数的增加，相较于常规机械混粉工艺触头，球磨．包覆Ag．5％C触头每一阶段均表现出少得多的电弧损耗量。Ag．5％C机械混粉触头随分断次数电弧磨损量呈指数大于1的指数函数规律上升，即到分断后期，由于表面坑洼程度加剧导致电涡流磨损现象的存在，电弧对触头的腐蚀加重，触头性能急剧劣化甚至失效。而球磨．包覆Ag．5％C触头随分断次数电弧磨损量呈近线性规律变化，在分断各阶段电弧腐蚀对材料的损耗比较

6、稳定，不会出现分断后期性能和损耗急剧劣化的情况。AgC体系触头材料经电弧侵蚀后其工作面上形成的形貌特征包括结构松散区、富银区、C沉积区、电弧冲击坑、气孔和孔洞以及裂纹，在电弧冲击作用下新工艺触头表现出了比传统粗石墨机械混粉触头更好的阻止熔融Ag珠喷溅损失脱离基体和阻碍表面裂纹生成扩展的能力。将研制的新型AgC触头材料应用在上海施耐德低压终端电器有限公司及北京ABB低压电器有限公司生产的小型断路器上，分别通过了国家低压电器质量监督检验中心的运行短路能力试验测试。该新型材料已经小批量供应上海施奈德和北京ABB等生产企业，并取得了良好的经济收益。采用将高能球磨、化学

7、包覆和粉末冶金工艺相结合配以适量碳纳米管作为纤维增强体的思路，制各出一种新型的碳纳米管增强AgC电接触材料并申请了国家发明专利。试验采用的碳纳米管直观团聚体尺寸数十微米，由网状碳纳米管纠结构成，构成的碳纳米管丝平均尺寸30．60rim，制备出的碳纳米管增强Ag．5％C包覆粉中银的平均晶粒尺寸约为50nm。包覆粉中微米尺寸的Ag颗粒呈絮凝状结构包覆在石墨片及碳纳米管的外面，这种絮凝体内部孔洞尺寸细小且分布均匀，有助于后续烧结过程的进一步致密化。相较于传统机械混粉Ag．5％C触头，球磨一包覆工艺和碳纳米管增强球磨．包覆工艺Ag．5％C触头均表现出了极佳的机械物理性

8、能，主要性能指标大幅提高：同为球磨．包