新型银基导电陶瓷复合电接触材料的研究

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1、山东大学博士擘住论文摘要电接触是指两个导体之间相互接触并通过接触界面实现电流传递或信号传输的一种物理、化学现象。电触点是开关电器的核心元件，是影响开关电器如各类空气开关、继电器、交流接触器等通断转换能力和可靠性的关键因素，电触点在使用过程中处于频繁的开、闭状态，因此对触点材料电性能和机械性能要求非常高，其主要性能要求有：导电性好，良好的抗熔焊性，耐电磨损性好，接触电阻低，长期通电时温升不高。有“万能触点”之称的Ag／CdO材料。因镉的毒性限制近年来已经逐渐被Ag／Sn02等新型电接触材料所取代，但是应用过程中由于Ag／Sn02材料较高的接触电阻

2、和加工成型困难等使其推广应用受到限制。因此研制性能更加优越的新型电接触材料成为该领域的热点课题。针对目前电接触材料领域的现状和存在的问题及低压电器对触点材料的应用要求，本文提出了一种研究触点材料体系的新思路，制成了银基导电陶瓷复合电接触材料。根据复合材料的性能参数要求，首先将几种氧化物制成具有良好电性能和独特微观结构的导电陶瓷化合物，采用陶瓷制造工艺，可以根据要求不同调整材料配方，工艺简单，适于工业化生产。导电陶瓷材料与银复合而成的新型电接触材料具有无毒无害，电阻率小，静、动态电性能稳定，机械性能好的特点。另外，导电陶瓷材料成本低。能最大限度的

3、替代贵金属银，大大降低了复合材料的制造成本。实验结果表明银基导电陶瓷复合电接触材料具有优良的电性能和力学性能，完全可能成为Ag／CdO的替代品，同时它优良的机加工性能对Ag／Sn02也具有很大的挑战性．本论文的主要工作和结果本论文采用固相反应法制得LaNi034陶瓷(以下简称LN0)，通过B位掺杂制成LaFeo．25Nio7503陶瓷(简称LFNO)，通过A位掺杂制成Lao7Sro．3Mn03陶瓷t(简称LSMO)：利用粉末冶金工艺将上述三种陶瓷与银复合制成银基陶瓷复合电接触材料。研究了陶瓷种类、陶瓷烧结温度以及第三相改性添加剂对复合电接触材料

4、电性能和机械性能的影响规律．山东大学博士学位论文l、LNO陶瓷及Ag／LNO复合电接触材料研究了烧结工艺对LNO陶瓷的结构和物理性能的影响，结果发现，三组LNO陶瓷主要物相均为体心四方La2Ni04相和菱形六方NiO相，随着烧结温度的升高陶瓷晶粒变大，La2Ni04相比例呈上升趋势。在1400"C烧结条件下制备的LNO(1400)材料晶粒排列规则且致密，得到了7．109g／cm3的最高密度和31．8mr2·cm的最小电阻率，适合用于复合触点材料的研究中。将陶瓷与银复合制成Ag／LNO电接触材料，研究了陶瓷的烧结条件对材料电阻率、抗拉强度和触点工

5、作性能的影响，结果发现，Ag／LNO(1400)材料电阻率为2．10uQ·cm，抗拉强度最小为171．2MPa，具有较强的抗熔焊性能。在24VDC15A条件下的工作性能测试中，该材料表现出良好的抗转移及抗烧蚀性能，是一种优质的电接触材料。2、LFNO陶瓷及Ag／LFNO复合电接触材料以LNO为基，采用Fe对B位进行掺杂，研究了烧结工艺对LFNO陶瓷的结构和物理性能的影响，结果发现；三组陶瓷均为La(Feo．,Ni0003相、NiO相以及La2Ni04+6相组成的复合结构，产物中三价Ni离子和二价Ni离子同时存在，钙钛矿结构与尖晶石结构并存。随着

6、烧结温度的升高，陶瓷晶粒的尺寸增大。Fe掺杂使材料电阻率显著降低，对于LFNO(145∞陶瓷，电阻率最小达到6．19nff／·cm，为优良的导电陶瓷。将陶瓷与银复合形成了Ag佃qO电接触材料，研究了陶瓷的烧结条件对材料电阻率、延伸率和触点工作性能的影响。对于Ag／LFNO(1450)材料，电阻率仅为2．05岬·啪，比目前国际上较先进的Ag／CdO和Ag／Sn02材料的电阻率2．1衅·cnl还低，说明此种材料具有较强的竞争优势。研究还发现，LFNO(1400)陶瓷电阻率也较小，为20．6mQ·cm，且其密度值最大，为8．046g，cm3，结合XR

7、D分析知该陶瓷性能更为稳定，适合用于复合电接触材料中。Ag／LFNO(1400)材料的延伸率最大，具有较好的加工性能。同时，用该材料做成的触点具有优良的抗烧蚀性能和抗材料转移性能。3、银基导电陶瓷复合电接触材料的性能比较将LNO(1400)陶瓷与LFNo(1400)陶瓷与银复合制成Ag／LNO(Io)和Ag／LFNO(10)t电接触材料(陶瓷掺杂比为lO％)，通过对触点燃弧时间、烧蚀前后相结构的变化情况、表面组织形貌以及电弧烧蚀后触点表面的金相形貌进行研H山东大学博士学位论文究，与目前市场上通用的Ag／CdO(12)、Ag／Sn02(10)材料

8、进行性能比较。结果发现，Ag／LNO(10)电阻率为2．096田‘锄，而Ag／LFNO(10)电阻率为2．056∞-cm，使得两种材料在触点工作过程中