抑弧油对滑板用C/C复合材料载流磨损性能的影响
受电弓滑板是为电力机车提供持续电力来源的重要集电元件,滑板/接触线构成了在机械作用与电气作用共同影响下的特殊摩擦副[1],受电弓滑板/接触线的载流磨损是在机械、摩擦、化学、传热和电气等因素综合作用下的一种磨损行为[2-3]。滑板在高速运行过程中,因接触-分离产生的电弧侵蚀是造成滑板/接触线显著磨耗的主要原因[4]。电弧侵蚀直接导致滑板/接触线的磨损表面粗糙度增大,造成磨损面上接触区材料受冲击剥落。另外,电弧还可激发材料转移和熔融喷溅等多种磨损模式。对于既定的弓-网系统而言,滑板材料的体积电阻率、力学性能、抗磨与减摩性能、耐电弧冲击及轻量化都是必须同时统筹考虑的参数。目前,炭材料仍是受电弓滑板用材料的主流材质。因为炭材料易在摩擦表面形成炭质润滑膜,炭质材料既可满足滑板所需的良好导电性、优异耐磨性,又可减轻电弧对摩擦副的侵蚀。为了进一步阐述电弧作用对炭质滑板材料载流磨损性能的影响,KUBO等[5]系统研究了电弧对浸铜炭滑板磨损率的影...&
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电气化铁路运输以其环保、高效、运营成本低等优点成为陆地运输的主流,而高速重载则是当今世界电力机车发展的主要趋势[1]。但是电力机车的不断提速使得弓网间的载流量不断增加,提速后弓网间的载流量达到300~500 A。由于电流成倍增加,弓网的离线电弧能量也随着增加,受电弓的使用寿命急剧降低[2-3]。而在现有的文献[4-5]中对弓网载流摩擦的研究都只是基于小电流工况的研究。本文作者利用AHY-12-7-1000交流恒流源输出低电压大电流,在高速载流摩擦磨损试验台上,以铜银合金接触线和纯碳滑板为研究对象,研究了低压大电流对弓网材料载流摩擦磨损性能的影响。1试验部分1.1试验设备试验设备主要包括:高速载流摩擦磨损试验机、交流恒流源、数据采集系统和控制台。高速载流摩擦磨损试验台的结构简图如图1(a)所示,图1(b)为接触副的局部放大图。主要组成部分有底座、悬臂、旋转盘、驱动电机,升降台、加力装置和滑块夹具等。其中铜银合金接触线镶嵌在直径为1...&
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1载流摩擦磨损的系统分析目前载流摩擦磨损的研究在国内外已经有了不少成果,学者们追求着最新的微观分析方法和手段、新的试验思路和新的材料,开展创新性研究,这些都是测试手段、试验技术和材料科学的进步对特殊工况下的摩擦学发展的巨大推动,但是如果能将整个载流摩擦磨损作为一个全面的系统来进行分析研究,那么从宏观到微观,从整体到细节,相辅相成,更能将准确地把握它的内在本质。试验发现,载流摩擦磨损特性依赖加载荷系统的刚度,这是不同试验设备的试验结果出现差异的一个重要因素,再者当试验的摩擦副运行工况和氛围不同时对结果也会造成一定的影响,这体现出对系统的依赖性[1];载流擦磨损在磨损的初期、中期和末期表现出不同的磨损机制,具有时间依赖性[2];科研人员在研究载流磨损的摩擦学特性的时候、都会基于机械学、材料学、电接触理论、电气电弧理论、电化学、工程传热传质等学科或理论,来揭示其中的内在联系和本质,这体现出多个学科行为之间强耦合的结果。载流摩擦磨损系统...&
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载流摩擦副是具有载流功能的摩擦副,广泛运用在轨道交通、电力、电子、控制等领域。随着科技的发展,载流摩擦副的服役工况越来越苛刻,原有技术无法满足我国相关领域的需要,已经制约了相关领域的发展。本文以纯铜、电力机车用铜基粉末冶金滑板材料、浸铜碳滑板材料和Cu-石墨材料为销试样,与QCr0.5材质盘试样配副开展铜基材料载流摩擦学研究。对载流摩擦学特性的研究表明,载流特性与摩擦磨损特性耦合作用,表现为,电因素导致配副的摩擦磨损性能大幅度恶化,且随着电流的增加,磨损率增大;摩擦条件导致载流质量下降,且随着摩擦条件的恶化,载流质量下降幅度增大;通过回归分析发现,电流、速度和载荷是磨损率与载流效率的重要影响因素,且对二者影响大小的排序不同,三因素的影响相互耦合作用;动态摩擦系数和动态电流存在一定程度的对应关系,具有耦合作用关系。对载流摩擦过程中伴生电弧的过程及其对载流摩擦影响的研究表明,电弧萌生于摩擦界面,持续时长为毫秒级甚至更短,电弧的萌生、...&
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0前言载流摩擦副是指具有通过电流功能的摩擦副,广泛应用于交通、电力、通信、计算机、测量、控制等行业和领域[1-2]。随着科技的发展,载流摩擦副的工作条件越来越苛刻,主要表现是相对滑动速度超过100 m/s、通过电流密度超过3 A/mm2,安全性要求越来越高,例如,在接插件中要求安全接插不出现故障的次数越来越高。同时,出现了一些特殊的工况,如铁路接触线/滑块系统在风沙、雨雪、冻雨等恶劣甚至极端天气条件下工作[3]。原有技术解决方法已经难以满足新的要求,在某些领域,载流摩擦问题已经成为制约系统发展的关键性问题[4]。载流摩擦副在大电流密度、高速滑动甚至恶劣服役环境下,如何实现高安全性、高可靠性的工作成为载流摩擦研究的目标。载流摩擦问题早在20世纪20年代就引起了研究者的注意[5-6],该问题主要涉及电接触学、摩擦学、材料学、力学、传热、物理学、化学等多学科,是一个载流和摩擦耦合的问题。载流摩擦系统(见图1)同时包括摩擦系统和电系统,...&
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载流摩擦磨损是指处于电场中的摩擦副,在有电流通过条件下的摩擦磨损行为。载流摩擦磨损的主要研究背景就是高速铁路系统、城市公共交通中电车的电力传输系统,工业中使用比较广泛的发电机、励磁电机的碳刷与电极以及运载火箭升空过程中的整流装置等[1-3]。电气化铁路中,高速受流是指高速运行中的受电弓通过与接触线的滑动接触获得电能并传给电力机车的过程。受电滑板与接触网就组成了一对机械与电气耦合的特殊摩擦副。在此其间,受电弓与接触线在电气方面和机械方面都是相互依赖、相互制约、相互作用的[4]。受电弓与接触线脱离时,形成离线,产生电弧损蚀;电气化铁路的不断提速和货运量的日益增加,致使弓网系统的载流量成倍增长,受电弓与接触线间的燃弧现象越来越严重,电弧的出现破坏或恶化受流状态的同时,也对材料产生重大影响,不仅使其耐磨损性能下降,严重时能引发意外事故。因此有必要对电弧进行深入研究。1电弧的产生在机车运行过程中,当受电弓与接触线良好接触时,两者的电压相等...&
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显微组织对WCu触头材料电弧特性及抗烧蚀性能的影响
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文献综述　　 MeO 电接触材料具有优良的开关运行特 Ag/ 性 ,较好的耐磨损性 、 抗熔焊性和导电性 , 广泛应用 于电子电路 、 低压电器 、 汽车继电器 、 航空航天电器 [1 - 2 ] 中 。在 Ag/ MeO 电接触材料系列中 , Ag/ CdO 具有耐电弧 、 抗熔焊 、 耐机械磨损 、 耐腐蚀 、 接触电阻 低而稳定 、 加工性能良好等优点 ,被称为中等负载电 器电接触材料中的 “万能触头” 。但 Ag/ CdO 电接触 材料存在两方面的弱点 : ( 1 ) 在生产 、 使用和回收过 程中 ,材料中的 Cd 元素对人体和环境有害 ,2003 年 欧盟颁布了 《关于报废电子电气设备指令》 《关于 和 在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》 两 [3 - 6 ] 个重要文件 , 明确要求电子 、 电气器件无害化 , 禁止 Ag/ CdO 电接触材料继续应用 。 ( 2 ) 随着电子 工业和自动化工业的发展 , 电器开关要求电触头具 备小型化 、 高可靠性 、 长寿命等性能 ,Ag/ CdO 电接 触材料在抗熔焊 、 抗磨损和耐电弧烧蚀等性能方面 显示出不足 [ 7 ] 。鉴于 Ag/ CdO 电接触材料性能的缺第 26 卷第 6 期 粉末冶金技术 Vol126 , No 16 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 2008 年 12 月 Powder Metallurgy Technology Dec12008　　 SnO2 电接触材料的研究进展 Ag/　　　　　( 北京有色金属研究总院 ,北京 　 100088)摘　 :　 要 综述了 Ag/ SnO2 电接触材料的研究进展 ,分别从材料的特性 、 添加剂的影响 、 制备方法及加工工艺 等几个方面进行总结 ,阐述了 Ag/ SnO2 电接触材料的发展现状 , 并介绍了纳米技术在该领域的应用状况 , 探 讨了制备技术的改进对 Ag/ SnO2 电接触材料性能的影响 。 关键词 : 电接触材料 ; 添加剂 ; 纳米 Ag/ SnO2 粉末 ; 制备方法 ; 纳米技术properties , t he effects of additives , preparing met hods and process technologies were summarized , t hedeveloping tendency of t he mate meanwhile , t he application situation of nanotechnology in t he3 张德林 ( 1980 - ) ,男 ,硕士研究生 。E2mail : zhangdelin. com 收稿日期 :2007 - 11 - 29electrical contact materials was introduced1 Finally , t he met hods how to improve t he properties of t he composites were discussed1 Key words : electricaAg/ SnO2fnanotechnologyAbstract : The2state2of2art of Ag/ SnO2 electrical contact materials was reviewed1 The physical and chemical　　　　 张德林 3 　 林晨光 　 王家君 　 明 　 舜 李 崔The advances of Ag/ SnO2 electrical contact materialZhang Delin , Lin Chenguang , Wang Jiajun ,Li Ming , Cui Shun (Beijing General Research Institute Nonferrous Metals , Beijing 100088 ,China)陷 ,研发综合性能优良 、 环境友好的新型电接触材料 具有重要的科学与经济意义 。Ag/ SnO2 具有良好 的抗熔焊 、 耐电弧烧蚀性能 、 抗磨损性能及无毒等特 点 ,能够适应现代化电子电气工业的发展 ,可望成为 代替 Ag/ CdO 电接触材料的最佳选择 。 上世纪 70 年代中期 ,一些老牌电触头材料制造商 ,如 AM I2DODUCO 、 G 和 M ETA2LOR 等公司 OM 开始研发 Ag/ CdO 替代产品 ,90 年代推出 Ag/ SnO2 及添加 In2 O3 、 的 Ag/ SnO2 等新型电触头材料 , CuO 并在材料性能的改进和工艺推广方面取得进展 。90 和韩国喜星公司开始批量生产 Ag/ SnO 22In2 O3 触头 材料 [ 8 - 9 ] 。80 年代中期 , 上海电器科学研究所[ 10 ]年代后期 ,日本田中公司 、 三菱材料公司 、 丸善公司等单位完成内氧化 Ag/ SnO 2 电触头材料的试制工 作 ,但发展缓慢 ,导致电接触材料机械加工和产品性 能方面的发展水平与国外相差很大 。为尽快满足国460粉末冶金技术 　　　　　　　　　　　　　　　　　 2008 年 12 月内需求和市场竞争 ,必须加快研发高性能 、 可形成产 业优势的 Ag/ SnO2 电接触材料 。1 　 SnO2 电接触材料的性能 Ag/Ag/ SnO2 电接触材料是将具有抗电弧烧蚀和耐腐蚀性能 [ 11 ] 的 SnO2 颗粒均匀分布在 Ag 基体中 形成的一种电接触合金材料 。相比于 Ag/ CdO 接触 材料 , Ag/ SnO2 电接触材料有以下优点 : ( 1 ) Ag/ SnO2 材料中 SnO2 的分解温度高于 2 373 ℃( 如表 1 所示) ,其热稳定性很高 , 在电弧作用下不易迅速分 解和升华 , 从而增大了材料在电弧作用下形成 Ag 液的黏度 ,减少 Ag 液的喷射侵蚀和材料的电弧烧 蚀 。( 2) Ag/ SnO 2 材料在电弧作用下 , 触点表面发 生组织和成分变化 ,产生许多孔洞 ,这些孔洞充当了 应力集中的释放点 ,使熔焊力降低 ,从而使触头材料 容易断开而不互相焊接在一起 , 显示了优异的抗熔 焊性 ( 如图 1 所示 ) 。图 1 试验条件为 : AC , 起动电 流 40A ,稳态电流 10A ,电压 100V ,阻性负荷 ,20 次/min ,动接点 &4mm ,静接点 &5mm ,接触压力 0139N 。 (3) 在大负载电流条件下 , 相对于 Ag/ CdO 接触材表 1 　 MeO 中有关组分的热力学性质 [ 12 ] Ag/Table 1 　Thermodynamic property of relevant components in Ag/ MeO密度 分解热 熔点 沸点 分解温度 组分 / ℃ / (g? - 3) / ℃ / ℃ cm / (kJ ? - 1) mol Ag
2 200 ― ― Cd
& 900 25612 Sn
270 ― ― SnO2
― & 2 373 581113 热膨胀系数/ K- 1 2519 × - 6 10图 1 　 SnO2 的熔焊特性 [ 12 ] Ag/Fig11 　 2welding characteristics of Ag/ SnO2 Anti图 2 　 条件下接触器接点材料的电弧烧蚀 [ 12 ] ACFig12 　 Arc erosion of contact materials in AC condition Table 2 　Experimental results of CJ 10240 AC contactor接点品种Ag/ CdO3料 ,Ag/ SnO2 的抗熔焊 、 耐电弧烧蚀 、 抗磨损性能更 优异 ; 在同等条件下的直流接触器中 ,Ag/ SnO2 接 点有更高的通断次数 ,且 SnO2 颗粒质量分数在 8 %～14 %时 , 质量分数愈高 , 寿命愈长 , 材料迁移量愈 少 。( 4) 在 AC - 4 使用规范中 ( IEC60947 - 4 - 1 1990 、 GB1404814 - 1993 接触器标准规定 : 交流接 触器划分为 AC21 、 22 、 23 、 24 四 种 使 用 类 AC AC AC 别 ,所谓使用类别是指其所带负载性质及工作条件 。AC24 类用于笼型异步电动机的起动 ,及短时反复接 通和断开的电容器及照明电路 ) ,Ag/ SnO 2 电接触Ag/ SnO2 (86 :14)　　3 括弧中的比例表示 Ag 与 SnO 2 质量比但 Ag/ SnO2 电接触材料的性能也存在不足 :材料具有较长寿命和较小电弧烧蚀量 ( 如图 2 、 2 表 所示) 。( 1) Ag/ SnO2 电接触材料在使用过程中 , 由于 SnO2颗粒分解温度高 、 不导电 ,使得触头材料在电弧作用 下 ,容易在触头表面形成一层稳定而又不易导电的 SnO2熔渣 , 使接触电阻和温度升高 。 ( 2 ) 在 AC23 使用规范中 ( AC23 类用于笼型异步电动机的起动 , 但在运转时断开 ) , Ag/ SnO2 使用寿命比 Ag/ CdO 冶金法和内氧化法制备的 Ag/ SnO2 复合材料 , 在强 烈电弧作用下都易引起裂纹 , 影响电器寿命 。 ( 4 ) 在 Ag/ SnO2 制备过程中 ,如 SnO2 颗粒粗大 , 会导致 材料硬度高 、 脆性大 , 塑性下降[ 13 - 14 ] , 从而使材料 加工成型较困难 ,成品率降低 ,生产成本提高 。 电接触材料短 , 且电弧烧蚀率大 。 ( 3 ) 无论是粉末― ― ―414 × - 6 10表 2 　 10240 交流接触器的实验结果 [ CJ电弧损蚀/ mg AC24 寿命 (3 × 4) 1012 ]标准寿命 (5 × 4) 10 温升/ ℃ 下的抗熔焊性能 6916 不熔焊 4910 4 × 4 时熔焊 10第 26 卷第 6 期 　　　　　　　　　　 张德林等 :Ag/ SnO2 电接触材料的研究进展461从以上分析可知 ,与 Ag/ CdO 电接触材料相比 , Ag/ SnO2 除对人体无害 、 环境友好外 , 在减少电弧 烧蚀 、 抗熔焊性 、 耐磨性等方面也有一定优势 。但 是 ,Ag/ SnO2 电触头材料在使用过程中 , 接触电阻 稳定性和加工性方面还存在一些问题 。为进一步改 进 Ag/ SnO2 电接触材料的性能 ,人们做了大量研究 工作 ,主要集中在以下方面 : ( 1 ) 对 SnO2 颗粒进行 表面改性处理或加入其它元素以提高其导电性能和 与 Ag 基体的润湿性能 。 ( 2 ) 在 Ag 基体中加入合 金元素 , 提高 Ag2SnO2 的界面润湿性能 , 降低 Ag/ SnO2 电触头材料的接触电阻 , 提高抗电弧烧蚀性 能 。( 3) 改进生产工艺 , 使 SnO2 颗粒尺寸更小 , 分 散更均匀 , 改进 SnO2 颗粒与 Ag 基体间的结合状 况 ,主要包括 : ① 采用溶胶 ― 凝胶法制备 SnO2 纳米 粉末或 Ag/ SnO2 纳米复合粉末 ; ② 通过机械合金化 制备 Ag/ SnO 2 纳米复合粉末 ; ③ 用纳米粉末制备纳 米晶或微晶 Ag/ SnO2 复合材料的工艺研究 。( 4 ) 改 进加工成型工艺 ,提高成品率 ,降低生产成本 。( 1) 溶胶 ― 凝胶法溶胶 ― 凝胶法 ( Sol - Gel ) 被用于制备纳米微 粒、 纳米薄膜 、 纳米复合材料等 。其机理是以金属醇 盐 M ( OR) 为原料 , 对其进行水解 、 缩聚反应 , 使溶 液经溶胶化得到凝胶 , 凝胶再经干燥 、 煅烧成粉体 。 此法生产的产品粒度小 、 纯度高 、 反应温度低 , 过程 易控制 , 颗粒分布均匀 、 团聚少 、 介电性能较好 。郑 冀等 [ 16 ] 通过溶胶 - 凝胶法制备 SnO2 粉末 , 并通过 掺杂 Ti4 + 、 化学包覆等工艺改善了 SnO2 的导电性能 及其和 Ag 的浸润性 ,用这种改性后的 SnO2 粉末制 成 Ag/ SnO2 电接触材料 , 降低其接触电阻 , 改善了 组织的均匀性 ,提高了机械加工性能 ( 如表 3 所示) 。 刘想梅等 [ 17 - 18 ] 利用溶胶 ― 凝胶法研究了掺杂纳米 氧化物的 Ag/ SnO2 电接触材料 , 制备了性能符合国 标且优于美国和日本同类产品 、 具有良好应用前景 的 Ag/ SnO2 电接触材料 ( 如表 4 所示) 。表 3 　 SnO2 主要技术指标对比 [ 19 ] Ag/Table 3 　 Comparison of main standards of Ag/ SnO2材料 国标 Ag/ SnO2 美标 Ag/ SnO2Ti 4 + 掺杂 Ag/ SnO 22 　 SnO2 电接触材料的研究现状 Ag/211 　 SnO2 电接触材料的制备方法 Ag/电导率/ %IACS 10硬度HB/ MPa 9 230 11 000 12 800密度/ (g1cm - 3)
9170传统 Ag/ SnO2 制备方法主要有粉末冶金法和 内氧化法 。粉末冶金法制粉工艺采用 Ag 粉和 SnO2 粉机械混合的方式 。该法优点在于可添加任意类型 和任意量的添加剂 , 材料组织结构均匀 , 无 “贫金属 氧化物区” 缺点是 SnO2 颗粒尺寸在 3 ～ 5 μm , 较 ; 粗大 , 造成接触电阻大 , 温升高 , 耐电弧烧蚀性较 差 [ 15 ] 。内氧化法工艺过程包括 : 在真空或惰性气体 中熔化 Ag 和 Sn , 然后在含氧气氛中加热 AgSn 合 金以使 Sn 转化成 SnO2 。由于 SnO2 的热动力学稳 定性高于 Ag2 O ,所以 Sn 氧化要先于 Ag 的氧化 [ 13 ] 。 但此法缺点是 : ( 1 ) 由于氧从试样表面向中心扩散 , 沿样品横截面方向 ( 深度方向 ) 产生不均匀的微观 结构 。( 2) 由于触头中心存在 “贫氧化物区”且在晶 , 界处有氧化物沉淀析出 ,从而使其抗熔焊性 、 耐电弧 烧蚀性在使用过程中逐渐变坏 ,触头寿命短 。 随着纳米技术的发展和广泛应用 , 人们将纳米 材料制备技术应用于 Ag/ SnO2 电接触材料的研究 开发中 , 研究人员开始寻求将 SnO2 颗粒细化至纳 米级尺寸或直接制备纳米级 Ag/ SnO2 粉末的方法 , 改善 Ag/ SnO2 电接触材料的综合性能 。下面介绍 纳米 Ag/ SnO 2 复合粉末的主要制备方法 。表 4 　 SnO2 触头材料应用性能比较表 [ 17 ] Ag/of Ag/ SnO2 contactor materials项目Ag/ SnO 2 (10)Table 4 　 Comparison of application performance电导率 硬度密度/ %IACS / (N? - 2) / (g? - 3) cm cm 66190 % 54100 % 40100 % 50100 % 53100 % 10 60 9180　　3 括弧中的比例表示 Ag 与 SnO 2 质量比( 2) 机械合金化 ― 球磨法 机械合金化 ( Mechanical Alloying , MA ) 制备纳米 Ag/ SnO2 复合粉的过程是将一定比例的 Ag 粉和SnO2 粉放入高能球磨机中 , 采用合适的球料比 、 转速 、 料 球 和 球 磨 时 间 进 行 高 能 球 磨 。Lee G G 磨[ Ag : (SnO2 : TiO2) = 90∶ ] 3 10 国标 Ag/ SnO 2 (Ag :SnO 2 = 90∶ 10)美国领先大都克 美国领先大都克Ag/ SnO2 (Ag :SnO 2 = 90∶ 10) Ag/ SnO 2 (Ag :SnO 2 = 92∶ 8) 日本 Ag/ SnO 2 (Ag :SnO 2 = 11010462粉末冶金技术 　　　　　　　　　　　　　　　　　 2008 年 12 月等 [ 20 ]通过机械合金化制备了 Ag/ SnO2 复合粉 , 并 发现纳米 SnO2 颗粒均匀弥散分布在 Ag 颗粒基体 上 ,利 用 热 压 技 术 制 备 了 致 密 、 能 良 好 的 纳 米 性SnO2 细晶 Ag/ SnO2 电接触材料 。Zoz H 等 [ 21 ] 采用为改变 Ag/ SnO2 材料理化性能 , 在 Ag/ SnO2 材料 中 添 加 一 种 或 多 种 金 属 氧 化 物 添 加 剂 ( 如In2 O3 、 2 O3 、 、 3 、 Bi CuO WO MoO3 、 2 O3 、 2 、 2 O3 Fe RuO La机械合金化反应球磨技术 , 将 Ag3 Sn 和 Ag2 O 高能 球磨制备纳米 SnO2 颗粒高度弥散分布在 Ag 基上 的 Ag/ SnO2 合金粉末 , 然后利用热压和烧结技术制 备了 性 能 良 好 的 Ag/ SnO2 电 接 触 材 料 。王 俊 勃 等[ 22 ]等) ,改变经电弧作用后 Ag/ SnO 2 的表面组织结构 , 提高基体 Ag 与 SnO2 颗粒的润湿性 ,使电弧作用下SnO2 颗粒不易与 Ag 基体分离 , 降低开关操作过程中 Ag/ SnO2 材料的温升 , 提高 Ag/ SnO2 电接触材 料抗电弧烧蚀和抗熔焊性能[ 19 ,28 ] ,改善其导电性 。 添加剂的主要作用分为两方面 : 第一是通过添 加剂对 SnO2 颗粒改性 , 进而改善 Ag 与 SnO2 颗粒 的润湿性能 。刘想梅 [ 18 ] 和韩哲等 [ 29 ] 通过溶胶 ― 凝 胶法制备在 SnO2 晶格中掺杂 TiO2 的纳米级 SnO22 包覆一层 Ag 来改善 SnO2 粒子的导电性和 Ag 与 在 Ag 基体中均匀分布 。然后利用热压和烧结工艺 制备 Ag/ SnO2 电接触材料 , 改善了 Ag/ SnO2 电接触 材料的电学性能和加工性能 , 提高了电接触材料的 寿命 。堵永国等 [ 30 ] 提出用超声包覆法将传统方法 制备的绝缘 SnO2 颗粒通过纳米改性 ,使其成为导电 的纳米 SnO2 颗粒 ,并通过控制导电 SnO2 颗粒的粒 度来改善电触头材料的电阻率 、 导热率 、 熔液流动性 等性能 。第二是将添加剂添加到 Ag 基体中 , 改善Ag 基体性能和 Ag2SnO2 的润湿性能 。王宝珠等 [ 31 ] TiO2 粉末 ,并利用化学镀方法在 SnO22 TiO2 粒子上利用高能球磨技术及热压工艺制备出 SnO2 弥[ 23 ]散均匀分布于 Ag 基体中的 Ag/ SnO 2 电接触材料 。 周晓龙等 为原料 ,与氧化剂充分混合 , 经冷等静压成形后 , 真 空条件下 ,在烧结炉中反应与烧结制备了显微组织 为纳米 SnO2 颗粒 ,生长在 Ag 基体颗粒周围形成大 基体 、 小颗粒环状的 Ag/ SnO2 电接触材料 。刘海英 等[ 24 ]利用高能球磨技术制备纳米 SnO2 颗粒 , 并使其均匀分布于 Ag 基体中 ,热压制备 Ag/ SnO2 块材 , 克服了内氧化法的氧化物聚集及在晶界处析出的缺 陷 ,提高了 Ag/ SnO 2 电接触材料的电学性能和加工 性能 。 ( 3) 分子自组装技术 [ 25 - 27 ]分子自组装技术是一种新型的制备纳米材料的 方法 ,它的机理是在热力学平衡条件下 ,以有机分子 或其自组装体系为模板剂 , 在模板剂的结构导向作 用下 ,通过弱的和较小方向的共价键 , 如氢键 、 范德 华键和其他非离子键协同作用 , 在溶剂存在的条件 下使模板剂对游离状态下的无机或有机前躯体进行 引导 ,从而生成具有纳米有序结构的粒子或薄膜 。 北京有色金属研究总院的科技人员将分子自组 装技术应用到 Ag/ SnO2 电接触材料的粉体制备中 , 进行了分子自组装技术在改善 SnO2 与 Ag 之间结合 力及提高 Ag/ SnO2 电接触材料电学性能方面的研 究 。在合成纳米 Ag/ SnO 2 粉末过程中 ,通过高分子 模板 , 在 液 相 中 与 纳 米 SnO 2 颗 粒 、 Ag 离 子 ( 或Ag 与氨水 、 柠檬酸形成的络合离子) 形成超分子有+ +序聚集体 ,用还原剂 ( 水合肼) 将其还原 ,制备形貌可 控、 分散性好 、 粒径分布窄的纳米 AgSnO2 颗粒 。纳 米 Ag/ SnO2 粉末通过冷等静压成形 , 管式炉烧结 , 然后变形加工 ,最后进行复烧制备成体材 ,测量其各 项性能 。检测表明 , 由分子自组装技术制备的 Ag/SnO2 复合材料在性能方面取得了很好的成果 。μ 以 Ag 、 2Sn 合金粉 ( 粒度 35 ～ 45 m) Ag实验研究表明 ,添加剂 Bi2 O3 改善了 Ag 对 SnO2 颗粒 的湿润性 , 降低了 Ag/ SnO 2 电接触材料的接触电阻 。曹曙光等 [ 32 ] 研究表明 , 稀土元素 ( La 、 、 ) 的 Ce Y 显微组织及晶粒 ,提高合金的硬度等 。王家真等[ 33 ]掺杂能够降低触头材料的内氧化温度 , 细化合金的 研究发现 ,通过添加 CuO 能够改善 Ag 对 SnO2 的润湿性 。加入 CuO 后 ,液态 Ag 渗入氧化物颗粒间隙 ,同时发生氧化物向 Ag 区扩散 , 形成牢固的润湿界 面 ,减少形成氧化物聚合区的几率 ,可有效降低开关 操作过程中的温升 , 从而减少 Ag/ SnO2 电接触材料 在电弧作用下接触电阻的提高 。213 　 SnO2 电接触材料的制造工艺 Ag/很大关系 。对于 Ag/ SnO 2 电接触材料来说 , 其中的下降 ,加工成形较困难 , 从而导致成品率降低 , 生产212 　 添加剂对 Ag/ SnO2 材料性能的影响SnO22TiO2 粒子间的润湿性 , 实现 SnO22 TiO2 颗粒电触头材料电性能的好坏与后期的制造工艺有SnO2 颗粒较大 , 其硬度高且脆性大 , 使得材料塑性第 26 卷第 6 期 　　　　　　　　　　 张德林等 :Ag/ SnO2 电接触材料的研究进展463成本提高 。电触头材料的制造工艺主要包括 : 合金 内氧化法 、 烧结挤压法 、 热等静压法 [ 34 - 38 ] 。 ( 1) 合金内氧化法 : 此法大多用于制造 Ag 金属 氧化物触头 ,工艺是将金属氧化物通过一种或多组 分合金 ,在均匀的熔融合金内部进行选择性氧化 。 制成的触头具有较高密度和较好的抗电弧烧蚀性 。 ( 2) 烧结/ 挤压工艺 : 将粉末装入特制模具中 ,通 入直流与中频叠加电流 , 粉末粒子间隙产生微放电 现象 ,不仅将电阻加热的热能用于烧结扩散 ,还利用 中频电场作用助长金属扩散 ,且利用交变磁场作用 , 短时间内高效制取组织均匀 、 高强度 、 高密度的烧结 制品 。是提高材料致密性和加工性的有效方法 。 ( 3) 热等静压法 : 将合金粉末装入模具 , 并放置 到密闭容器中 ,向制品施加各向同等压力 ,同时施以 高温 ,在高温高压作用下 ,制品得以烧结和致密化 。3　 结论与展望Ag/ SnO2 电接触材料由于良好的电学性能和环境友好特性 ,成为当今电接触材料主要发展方向 之一 。但是 ,目前 Ag/ SnO2 电接触材料仍存在性能 缺陷 ,迫切需要改进 。近年来 ,纳米技术的兴起与快 速发展给提高 Ag/ SnO2 综合性能提供了可能 。 ( 1) 通过化学或物理方法生成纳米级 SnO2 颗 粒 ,并使其均匀地弥散在 Ag 基体内 ,以改善因 SnO2 颗粒的高硬度导致加工难和寿命短的缺点 。 ( 2) 通过纳米技术添加某些元素或者化合物来 改善 Ag/ SnO 2 电接触材料的导电性能 ,并获得高性 能的 Ag/ SnO 2 电接触复合材料 。 ( 3) 分子自组装技术是一种新型制备纳米材料 的方 法 , 可 以 制 备 形 貌 可 控 、 度 分 布 窄 的 纳 米 粒 SnO2 和 Ag/ SnO2 颗粒 , 以改善 SnO2 与 Ag 之间的 结合力 ,提高 Ag/ SnO2 电接触材料的综合性能 。 目前 ,纳米 Ag/ SnO2 电接触材料制备技术还不 完善 ,处于进一步探索与研究阶段 ,有待于深入研究 纳米 Ag/ SnO 2 粉体制备方法和开发新的制备工艺 , 使 Ag/ SnO2 电接触材料制备技术获得突破性进展 。参考文献[ 1 ] 荣命哲编著 1 电接触理论 1 北京 : 机械工业出版社 ,2004123[ 4 ] 欧洲议会和理事会 1 关于在电子电气设备中限制使用某些有害 《 [ 5 ] 谢永忠 ,陈京生 1 欧盟二指令对我国电触头材料发展及出口影 [ 12 ] 宁远涛 ,赵怀志编著 1 银 1 长沙 : 中南大学出版社 , [ 6 ] 陈妙农 1 我国电触头行业面临新的挑战 1 电工材料 ,2005 ( 1) : 29 [ 7 ] 杜焰 ,张昆华 ,周晓龙 ,等 1 反应合成 AgSnO2电接触材料的电学 [ 8 ] 张万胜 1 新工艺制备的 AgSnO 2系材料 1 电工合金 ,1997 (2) :15 [ 9 ] 张尧卿 ,郑冀 1AgSnO2 电接触材料研究概述 1 材料导报 ,2006 , 20 (4) :53 [ 10 ] 张万胜 1 不同工艺制造的 AgSnO 2触头材料性能比较 1 电工合 [ 13 ] 李英民 ,薛纪文 ,王俊勃 ,等 1AgSnO 2电触头材料的研究进展 1 [ 15 ] 杜作娟 , 杨天足 , 古映莹 , 等 1AgSnO 2 电触点材料制备方法进 [ 16 ] 郑冀 ,李松林 , 高后秀 , 等 1 纳米氧化锡银基电触头材料的研 [ 17 ] 刘想梅 ,郑冀 ,李松林 ,等 1 纳米 SnO22 TiO 2 银基触头材料的制 [ 18 ] 刘想梅 ,郑冀 ,李松林 ,等 1 纳米 Ag2SnO 22TiO 2触头材料的制备 [ 20 ] Lee G G , Toshiyuki O , Koji H , et al1 Synt hesis of SnO 2 particle Society of Powder and Powder Metallurgy ,) :795 [ 21 ] Zoz H , Ren H , Spat h N1 Improved AgSnO2 sub2electrical contact 423 [ 22 ] 王俊勃 ,李英民 , 王亚平 , 等 1 纳米复合银基电触头材料的研 [ 24 ] 刘海英 ,王亚平 ,丁秉钧 1 纳米 AgSnO2触头材料的制备与组织 [ 11 ] 陈敬超 ,孙加林 ,杜焰 ,等 1 反应合成银氧化锡电接触材料抗熔 [ 14 ] 雷景轩 ,马学鸣 ,余海峰 ,等 1 机械合金化制备电触头材料进展 [ 19 ] 张燕 ,王俊勃 ,李英民 ,等 1AgSnO2 触头材料及其添加剂的研究 [ 23 ] 周晓龙 ,陈敬超 ,孙加林 ,等 1AgSnO 2触头材料的反应合成制备 [ 25 ] 刘欢 , 翟锦 , 江雷 1 纳米材料的自组装研究进展 1 无机化学学 [ 26 ] 于澍燕 ,黄海平 ,李胜辉 ,等 1 分子纳米技术与金属有机分子纳 ( 物质指令》 Ro HS) 12003响分析 1 电工材料 ,2004 ,2 : 38 金 , 1997 (4) :29 电工材料 ,2003 (2) :20 展 . 材料导报 ,) :39 报 ,) : 585[2 ] 周兆锋等 1AgSnO 2 触头材料的研究进展 1 稀有金属与硬质合金 ,) :53( [ 3 ] 欧洲议会和理事会 1 报废电子电气设备指令》 WEEE) 12003 《[ 27 ] 陈慧文 ,容敏智 ,章明利 1 分子与纳米子组装材料的研究进展 1性能研究 1 昆明理工大学学报 ( 理工版) , ) :27 蚀性研究 1 理化检验 ―― ― 物理分册 ,2003 , 39 (8) :387 材 1 材料科学与工程 ,) :457 备与性能 1 电工材料 ,2003 (1) :12 米体系 1 高分子通报 ,
材料导报 ,) :59 与发展 1 材料导报 ,) :34 究 . 稀有金属材料与工程 ,) : 829 工艺及性能研究 1 材料开发与应用 ,) :4 究 . 稀有金属材料与工程 ,) :95 - 99 分析 1 稀有金属材料与工程 ,) :122 与大塑性变形加工 1 中国有色金属学报 , ) :829dispersed Ag alloy by mechanical alloying1Journal of t he Japan material produced by mechanical alloying 1 Metal ,1999 ,53 ( 7/ 8) :( 下转第 470 页)粉末冶金 　 产业动态舱外航天服必须为航天员提供三方面的保障 : 一是对辐射 、 、 真空 微流尘等环境的防护 ; 二是对生命的保 障 ,也就是要保持适合人生存的气体和温度湿度环境 ; 三是提供良好的功效保障 ,保证航天员穿着舱外服能 顺利开展维修器材等太空作业 。 热控系统是舱外航天服便携式生保系统 ( PL SS) 的一个重要组成部分 。其主要作用是排除航天服内的 多余热量 ,包括航天员自身生理产热 、 机电装置产热 、 二氧化碳去除系统产热和来自外部环境的热负荷等 ,保 持航天员的热舒适性 ,从而保证航天员较高的工作效率 。 美国和前苏联对适用于舱外航天服的各种热控系统进行了大量的研究 。美国从上世纪 60 年代就开始 进行水升华器的研究 ,阿波罗 ( Apollo ) 计划中得到第一次实际应用 。水升华器是舱外航天服中为航天员提 供舱外呼吸用氧 、 并控制航天服内的压力和温度的重要装置 。当舱内生命保障系统发生故障时 ,也可为航天 员提供应急生命保障 。要求体积尽量小 、 重量尽量轻 ,在失重和热负荷变化的条件下都能够万无一失的可靠 工作 。美国航天飞机使用的 EMU 和俄罗斯使用的 Orlan 航天服均采用这一技术作为热控系统的主冷源 。 进入 80 年代以后 ,特别是随着航天飞机计划的开展和国际空间站计划的提出 ,美国等在舱外航天服热 控系统的研制和开发方面出现了一些引人注目的变化 。90 年代初 ,欧洲进行 Hermes 计划时 ,舱外航天服热 控系统准备采用的也是水升华器 。在所有已进行研究的热控方案中 ,水升华器的体积最小 、 重量最轻 ,在失 重和热负荷变化的条件下能够可靠工作 。 北京市粉末冶金研究所有限责任公司在接到研制航天服生命保障系统中热控核心元件水升华器用部件 的任务后 ,成立专门研究小组 ,和航天医学工程研究所共同努力 ,在大量试验的基础上 ,对设计方案提出了修 改意见 , 攻克了制品的厚度薄 、 孔径小 、 孔径分布狭窄且孔径分布的均匀性高 、 孔隙率大 、 尺寸精度高等难 关 ,成功地研制了这一新材料用于水升华器部件 ,形成了具有自主知识产权的新技术 ,为使我国成为继美国 , 俄罗斯之后第三个研制成功舱外航天服的国家做出了应有的贡献 。( 上接第 463 页)[ 28 ] Didier Jeannot , et al1 Physical and chemical properties of metal [ 30 ] 堵永国 ,白书欣 ,张家春 ,等 1 一种全新 AgSnO 2 触点材料的设 electrical performance1 IEEE Trans CPM T A ,) :17[ 29 ] 韩哲 ,马春文 1 TiO2掺杂 AgSnO 2电接触材料物理性能的研究 1第 26 卷第 6 期 粉末冶金技术 Vol126 , No 16 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 2008 年 12 月 Powder Metallurgy Technology Dec12008　　　 航天服上的粉末冶金部件伴随着 　　　 神舟七号舱外试验成功　　　―― ― 神舟七号上使用了北京市粉末冶金研究所有限责任公司研制的多孔部件[ 31 ] 王宝珠 ,王景芹 ,吕玉申 ,等 1 添加物 Bi2O 3对触头材料 AgSnO2[ 32 ] 曹曙光 ,谢明 ,陈力 ,等 1 稀土元素在银氧化锡触头材料中作用 [ 33 ] 王家真 ,王亚平 ,杨志懋 ,等 1CuO 添加剂对 AgSnO2润湿性与界oxide additions to Ag2SnO2 contact material and predictions唐山师范学院学报 ,) :51 计与制备 1 电工合金 ,2000 (1) :15 的研究 1 贵金属 ,) :17的显微组织影响 1 电工合金 ,2000 (3) :7[ 34 ] 兰岚 1 电触头材料制备工艺 1 电工材料 ,2002 (3) :24 - 30[ 35 ] 钱宝光 , 耿浩然 , 郭忠全 1 电触头材料的研究进展与应用 1 机[ 36 ] 李祖德 ,李松林 ,赵慕岳 120 世纪中 、 后期的粉末冶金新技术和 [ 37 ] 冯海波 ,周玉 ,贾德昌 1 放电等离子烧结技术的原理及应用 1 [ 38 ] 蔡苇 , 贾碧 , 陈刚 1 纳米复相陶瓷的制备方法综述 1 重庆科技面特性的影响 1 稀有金属材料与工程 , ) :405 械工程材料 ,) : 7) :253 - 261新材料 (1) ― 新工艺开发的回顾 1 粉末冶金材料科学与工程 , 材料科学与工艺 ,2003 , 9 :327 - 331 学院学报 ( 自然科学版) , ) :29 - 32
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