專利名稱：一種銀碳化鎢石墨觸頭材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電觸頭材料，具體是指一種具有高溫抗氧化性、抗熔焊性以及耐電弧 燒損性高的銀碳化鎢石墨電觸頭材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
電觸頭是低壓電器中的核心組成部分，在各類控制開關(guān)中承擔(dān)接通和斷開電路的 任務(wù)，在軍事、航空航天與工業(yè)控制等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。銀基觸頭材料的電器性能對(duì)各類電 控系統(tǒng)的長(zhǎng)壽命與高可靠性有著至關(guān)重要的影響。銀-碳化鎢-碳系電觸頭材料作為替換傳統(tǒng)的AgC5的新一代觸頭材料，具有優(yōu) 異的抗熔焊性，廣泛地用于自動(dòng)開關(guān)，大容量斷路器、塑殼斷路器以及其他一些開關(guān)器上， Ag-WC-C系電觸頭主要利用了 Ag的良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，WC的高熔點(diǎn)、高硬度和耐磨性好的特 點(diǎn)，可經(jīng)受強(qiáng)烈的電弧腐蝕，具有良好的抗熔焊性及耐磨蝕，同時(shí)達(dá)到了節(jié)銀的效果。目前，銀-碳化鎢-碳系電觸頭材料中采用AgWC12C3與AgW50配對(duì)常作為斷路器 的非對(duì)稱合理配對(duì)觸頭。但含WC材料的電觸頭一個(gè)主要缺點(diǎn)是抗氧化性差。AgWC12C3電 觸頭在使用過程中由于電弧的作用，觸頭表面氧化會(huì)形成鎢的氧化物或鎢酸鹽的表面膜， 這種膜不導(dǎo)電，使得接觸電阻劇增，嚴(yán)重者可達(dá)初始值的十倍以上。因此現(xiàn)有的銀碳化鎢石 墨觸頭材料存在在抗氧化性、抗熔焊性以及耐電弧燒損性較差的缺陷，整體性能不夠穩(wěn)定， 限制了該觸頭材料的應(yīng)用領(lǐng)域，難以滿足第四代低壓電器的高可靠性及電磁兼容要求較高 的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，而提供一種具有高溫抗氧 化性、抗熔焊性以及耐電弧燒損性高的銀碳化鎢石墨觸頭材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是碳化鎢-碳化鋯固溶體11%_14%，石墨2%-6%，添加劑0. 39Π). 8%，余量為銀；其中所述 的添加元素為以下元素中的一種或幾種組合Ti、Co、Cr。所述的碳化鎢與碳化鋯以固溶體 形式加入，其中碳化鎢與碳化鋯之比為(6 4) (9 1)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一個(gè)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下步驟(1)將碳化鎢-碳化鋯固溶體與石墨、添加元素、銀粉按比例進(jìn)行混合，混粉方式為干 混或濕混中的一種?；旆蹠r(shí)間為Γ7小時(shí)，球料比為(1 1) (5 1)；(2)將混合粉在保護(hù)氣氛中進(jìn)行制粒；該步驟的制粒為在高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行制粒溫度 為65(T850°C，時(shí)間0. 5 5小時(shí)，保護(hù)氣氛中進(jìn)行；(3)將已制粒的混合粉進(jìn)行初壓得到壓坯；該步驟的初壓壓制壓力為50MPiT200Mpa；(4)將壓坯在保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，該步驟壓坯的燒結(jié)溫度為85(T920°C，時(shí)間為3飛 小時(shí)，氫氣氣氛保護(hù)；(5)將燒結(jié)后坯體進(jìn)行一次復(fù)壓處理；該步驟燒結(jié)坯體的一次復(fù)壓壓力為 100"300MPa ；(6)將復(fù)壓坯體進(jìn)行退火；該步驟退火溫度為55(T650°C，時(shí)間為2、小時(shí)；(7)將退火坯體進(jìn)行二次復(fù)壓得到最終產(chǎn)品；該步驟二次復(fù)壓壓力為50(T700MPa。本發(fā)明在制備銀碳化鎢石墨觸頭材料過程中采用了碳化鎢-碳化鋯固溶體，結(jié)合 了碳化鎢高硬度、高強(qiáng)度和高彈性模量，良好的化學(xué)穩(wěn)定性以其碳化鋯優(yōu)良的高溫抗氧化 性能。另外，添加元素Ti、Co、Cr在低溫形成液態(tài)固溶體，改善銀與碳化鎢-碳化鋯的潤(rùn)濕 性，增強(qiáng)基體結(jié)合強(qiáng)度。這種新型的銀碳化鎢石墨觸頭材料具有更高的高溫抗氧化性、抗熔 焊性和耐電弧燒損性。采用該電觸頭材料的低壓電器具有較低接觸電阻、較高的電壽命和 高可靠性。因此這種電觸頭材料更適合應(yīng)用在各種不同的塑殼式斷路器、小型高分?jǐn)嗦菲?和交流接觸器上。下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。


圖1本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不 能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明 作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，參照?qǐng)D1，以制備規(guī)格為7. 5X7. 5X2. 5mm的AgWC9. 6ZrC2. 4C3為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-碳化鋯固溶體、石墨按85 12 3的比例，與0. 3%Ni、 0. 7%B進(jìn)行濕混6小時(shí)，球料比為1 1，真空烘干，在氫氣氣氛中700°C，4小時(shí)進(jìn)行團(tuán)化 制粒，得到流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢-碳化鋯固溶體中碳化鎢與碳化鋯的比例為 8:2 ；(2)將已制粒的混合粉末壓制成7.5X7. 5X3. 5mm壓坯，初壓壓力為150MPa ；(3)將壓坯在氫氣氣氛中于880°C，4小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；(4)將燒結(jié)后坯體250MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為2.8mm ；(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于500°C，2小時(shí)進(jìn)行退火；(6)將已退火的坯體以560MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到7.5X7. 5X2. 5mm產(chǎn)品；(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgffC9. 6ZrC2. 4C3觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 69g/cm3、電阻率 3. 05 μ Ω. cm、硬度 626MPa。實(shí)施例2，以制備規(guī)格為6X6X2mm的AgffC9. 8ZrC4. 2C2為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-碳化鋯固溶體、石墨按84 14 2的比例，與0. 4%Cr進(jìn) 行濕混4小時(shí)，球料比為3 1，真空烘干，在氫氣氣氛中750°C，3小時(shí)進(jìn)行團(tuán)化制粒，得到 流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢-碳化鋯固溶體中碳化鎢與碳化鋯的比例為7 3；(2)將已制粒的混合粉末壓制成6X6X2. 8mm壓坯，初壓壓力為180MPa.4(3)將壓坯在氫氣氣氛中于900°C，3小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；(4)將燒結(jié)后坯體^OMPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為2.2mm ；(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于600°C，4小時(shí)進(jìn)行退火；(6)將已退火的坯體以600MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到6X 6 X 2mm ；(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgffC9. 8ZrC4. 2C2觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 76g/cm3、電阻率 3. 12 μ Ω. cm、硬度 637MPa。實(shí)施例3，以制備規(guī)格為llX9X2mm的AgWClO. 8ZrCl. 2C3為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-碳化鋯固溶體、石墨按85 12 3的比例，與0. 3%Ni、 0. 7%B進(jìn)行濕混6小時(shí)，球料比為1 1，真空烘干，在氫氣氣氛中700°C，4小時(shí)進(jìn)行團(tuán)化 制粒，得到流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢-碳化鋯固溶體中碳化鎢與碳化鋯的比例為 9:1 ；(2)將已制粒的混合粉末壓制成11X9X2.8mm壓坯，初壓壓力為150MPa ；(3)將壓坯在氫氣氣氛中于880°C，4小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；(4)將燒結(jié)后坯體250MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為2.2mm ；(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于500°C，2小時(shí)進(jìn)行退火；(6)將已退火的坯體以560MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到llX9X2mm產(chǎn)品；(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgffClO. 8ZrCl. 2C3觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 81g/cm3、電阻率2.97 μ Ω. cm、硬度 648MPa。實(shí)施例4，以制備規(guī)格為8X5. 5 X 2mm的AgWC8. 4ZrC5. 6C2為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-碳化鋯固溶體、石墨按84 14 2的比例，與0. 4%Cr進(jìn) 行濕混4小時(shí)，球料比為3 1，真空烘干，在氫氣氣氛中720°C，4小時(shí)進(jìn)行團(tuán)化制粒，得到 流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢-碳化鋯固溶體中碳化鎢與碳化鋯的比例為6 4；(2)將已制粒的混合粉末壓制成8X5. 5X2. 8mm壓坯，初壓壓力為180MPa. (3 )將壓坯在氫氣氣氛中于900 0C，3小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；(4)將燒結(jié)后坯體280MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為2.2mm ；(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于600°C，4小時(shí)進(jìn)行退火；(6)將已退火的坯體以600MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到8X5.5X2mm ；(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgffC9. 8ZrC4. 2C2觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 52g/cm3、電阻率3.29 μ Ω. cm、硬度 613MPa。
權(quán)利要求
1.一種銀碳化鎢石墨觸頭材料，其特征在于包括以下組分，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)碳化鎢-碳化鋯11%_14%，石墨2%-6%，添加元素0. 39Π). 8%，余量為銀；其中，所述 的添加元素為以下元素中的一種或幾種組合Ti、Co、B、Cr。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料，其特征在于所述的碳化 鎢-碳化鋯以固溶體形式加入，其中碳化鎢與碳化鋯之比為(6 :4) (9:1)。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于包括 以下步驟(1)將碳化鎢-碳化鋯固溶體與石墨、添加元素、銀粉按比例進(jìn)行混合，混粉方式為干 混或濕混中的一種；(2)將混合粉在保護(hù)氣氛中進(jìn)行制粒；(3)將已制粒的混合粉進(jìn)行初壓得到壓坯；(4)將壓坯在保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)；(5)將燒結(jié)后坯體進(jìn)行一次復(fù)壓處理；(6)將復(fù)壓坯體在保護(hù)氣氛中進(jìn)行退火；(7)將退火坯體進(jìn)行二次復(fù)壓得到最終產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 的保護(hù)氣氛為氫氣或惰性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(1)中混粉時(shí)間為=O小時(shí)，球料比為(1 :1) (5 :1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(2)的制粒為在高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行制粒溫度為65(T850°C，時(shí)間0. 5飛小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(3)的初壓壓制壓力為50MPa 200MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(4)壓坯的燒結(jié)溫度為85(T920°C，時(shí)間為3飛小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(5)燒結(jié)坯體的一次復(fù)壓壓力為10(T300MPa ；所述步驟(6)退火溫度為55(T650°C，時(shí) 間為2、小時(shí)；所述步驟(7) 二次復(fù)壓壓力為50(T700MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銀碳化鎢石墨電觸頭材料及其制備方法。電觸頭材料的主體成分包括碳化鎢-碳化鋯固溶體11%-14%，石墨2%-6%，添加劑0.3%~0.6%，余量為銀；其中，所述的添加元素為以下元素中的一種或幾種組合Ti、Co、Cr。所述的碳化鎢與碳化鋯以固溶體形式加入，其中碳化鎢與碳化鋯之比為(6∶4)~(9∶1)。本發(fā)明與傳統(tǒng)的銀碳化鎢石墨電觸頭相比，這種電觸頭材料具有更高的抗熔焊性、耐電弧燒損性及高溫抗氧化性。采用該電觸頭材料的低壓電器具有較低接觸電阻、較高的電壽命和高可靠性。因此這種高可靠性的新型電觸頭材料更適合應(yīng)用在各種不同的塑殼式斷路器、小型高分?jǐn)嗦菲骱徒涣鹘佑|器上。
文檔編號(hào)H01H1/0233GK102051496SQ20101055897
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者宋珂, 張秀芳, 柏小平, 翁桅 申請(qǐng)人:福達(dá)合金材料股份有限公司