[發明專利]納米金剛石摻雜銀基觸頭材料及其加工方法

無效

• 申請號: 200810017203.6
• 申請日: 2008-01-02
• 公開（公告）號: CN101197215A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 王亞平;趙喜林;王東艷;丁秉鈞
• 申請（專利權）人: 陜西藝林實業有限責任公司;西安交通大學
• 主分類號: H01H1/0233
• 分類號: H01H1/0233;H01H11/04
• 代理公司: 西安慈源有限責任專利事務所
• 代理人: 潘憲曾

技術領域

本發明屬于新型電功能材料領域，具體涉及一種納米金剛石摻雜銀基觸頭材料及其加工方法。

背景技術

觸頭是電控開關的核心元件，擔負電路的導通、切斷任務，負載電流愈大，觸頭材料燒損愈多。觸頭材料的通斷是所有電氣設備的主要的基本的動作，因此，研究、開發、生產高性能觸頭材料是提高整個電氣行業水平的關鍵一環。

目前，低壓開關電氣中所采用的觸頭材料主要為銀基材料，分為銀氧化物(AgMeO)、銀鎳(AgNi)、銀石墨(AgC)等，每年國內的市場消耗量超過100億元/年。其中，銀基氧化鎘觸頭占銀基觸頭耗量的90％以上。銀氧化鎘觸頭的電氣性能非常優秀，導通電流密度大，使用壽命長；但是，銀基氧化鎘觸頭材料的環保特性差，在電控設備使用過程的開斷動作中，弧光產生的高溫，使其產生可以致癌的有毒鎘蒸氣，盡快淘汰這種含鎘觸頭是當前銀基觸頭材料研究領域的重要課題。

銀石墨(AgC)體系觸頭實際具有很多優點，石墨在電弧的高溫下不會形成氧化物，從而使觸頭具有自還原的作用，能起到觸頭表面的自清潔和保護配對觸頭的作用，保證觸頭表面低而穩定的接觸電阻，顯著提高開關的工作穩定性。另外，銀石墨觸頭在電弧作用下會在觸頭表面形成廣闊的石墨膜層，抑制銀基體的粘著熔焊傾向，從而具有銀基電接觸材料中最高的抗熔焊性，使電器開關具有最高的工作可靠性。因此，銀石墨材料也被廣泛應用于斷路器、小型斷路器、保護電動機開關或漏電保護電器以及軍事工業中的測量傳遞器、雷達裝置、小型電動機和發電機的整體劃環等。

但是，銀石墨材料的一個重要缺點在于石墨材料在電弧作用下熱穩定性差，有穩定電弧的傾向，使得銀石墨觸頭的電侵蝕率高，電壽命短。如果能將銀石墨觸頭的電侵蝕率高的缺陷得以解決，銀石墨觸頭材料將是性能最為優異的銀基電接觸材料。

據此在我們的前期研究中(參見文獻：1.蔣鵬、王亞平、丁秉鈞，碳素形態對Ag/C觸頭材料組織及性能的影響，《兵器材料科學與工程》，26(3)：28-30，2005；2.蔣鵬、王亞平、丁秉鈞，納米復合銀-金剛石電接觸材料的制備及性能，《稀有金屬材料與工程》，33(5)：555-557，2004年5月。)提出了將納米碳材料特別是納米金剛石作為增強劑添加到銀基觸頭中。這種觸頭相比于傳統觸頭材料具有以下優點：

(1)使傳統銀基觸頭工作過程中電弧集中在粗大石墨等第二相上的燃弧改變為均勻彌散地分布于納米量級的第二相上，將電弧在觸頭表面上的集中燒蝕機制改為分散燒蝕機制，顯著分散了電弧能量，使電弧在觸頭表面上的運動速度顯著提高，從而大幅度提高了銀基觸頭的電壽命，解決了銀石墨體系觸頭電侵蝕率高的技術難題；

(2)新型觸頭中的納米金剛石粒子具有極高的導熱能力，比氧化鎘、石墨等常規第二相導熱能力大幅度提高，能夠進一步分散電弧能量，降低觸頭表面的電弧侵蝕速率；

(3)新型觸頭仍然具有自還原作用，能起到觸頭表面的自清潔和保護配對觸頭的作用，保證觸頭表面低而穩定的接觸電阻，與銀氧化鎘觸頭相比能夠顯著降低開關電器工作過程中的溫升，提高電器的工作穩定性。

(4)摻雜觸頭工作過程中不傾向于在觸頭表面形成碳基膜層，在用于滑動部件時能夠消除電噪音的影響，有助于提高雷達等軍事器件的分辨率。

但是，金剛石是一種最硬的材料，作為添加劑加入銀合金中會顯著提高材料的硬度，但同時會顯著影響材料的塑性變形能力。特別是，當將金剛石顯著細化為極小尺寸的納米金剛石時，由于表面能的作用納米金剛石粒子具有團聚傾向，并易于在銀粉末的邊界偏聚，使材料不能機械變形或者說只具有極小的塑性變形能力，無法經受常規的軋制、拉絲或打鉚釘等工藝過程、從而使材料很難加工成所需的線材、板材、鉚釘形觸頭，因而無法實現工業化生產。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提出一種納米金剛石摻雜銀基觸頭材料及其加工方法，采用高能球磨技術將納米金剛石分散并彌散分布于銀粉末中，由于高能球磨的作用在銀納米金剛石粉末內部引入較大的應力，從而為銀原子提供高的擴散活性，之后經過低溫退火使部分銀原子擴散到復合粉末邊界，解決了納米金剛石的團聚和偏聚的技術難題，同時利用具有高塑性銀膜的粉末結構使材料獲得好的工藝塑性，制備出具有表面銀膜包覆的銀納米金剛石粉末，復合粉末的晶粒內部均勻彌散地分布著納米金剛石粒子。