專利名稱：混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電 接觸材料的制備方法。
背景技術(shù)：
長期以來國內(nèi)外大量使用AgCdO電接觸材料(含Cd0:8% 15% )，它具有耐蝕 性好、抗熔焊能力強(qiáng)、接觸電阻低而穩(wěn)定等特點(diǎn)，因而具有良好的使用性能，廣泛應(yīng)用于幾 伏到幾千伏的低、中壓電器中，被稱為“萬能電接觸材料”。但是由于鎘及其化合物的存在， 在AgCdO材料的生產(chǎn)、使用以及回收等過程中都面臨著“鎘毒”的污染和危害人體健康的問 題，歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)明確提出禁止使用含鎘的電器元件。近年來，許多國家都開展了無鎘 材料的研究，取得了很大的進(jìn)步，其中最有發(fā)展前途的是AgSn02材料。公知的AgSn02電接觸材料的制備方法都存在著明顯的不足，主要表現(xiàn)為粉末冶 金法制備AgSn02電接觸材料時(shí)，工序復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，同時(shí)燒結(jié)后kg和Sn02的界面結(jié)合 情況較差，增加了材料的脆性，導(dǎo)致材料后續(xù)加工工序增加、工藝復(fù)雜、不利于大規(guī)模生產(chǎn)； 內(nèi)氧化法制備AgSn02電接觸材料時(shí)，AgSn合金表面會(huì)生成致密的Sn02層，阻止合金繼續(xù)氧 化，因此需加入銦(In)來促進(jìn)合金內(nèi)氧化，但是In的價(jià)格昂貴，資源儲(chǔ)備較少，成本較高； 化學(xué)沉淀法制備AgSn02電接觸材料時(shí)，存在著酸、堿、鹽的污染問題，并且其生產(chǎn)周期長、成 本較高，同樣存在著銀_ 二氧化錫界面結(jié)合較差的問題。2002年4月3日公告的專利CN1082235C中公開了一種合成法制備銀-二氧化錫 電接觸材料，該方法雖然較好的解決反應(yīng)界面的問題，但是需要經(jīng)過長時(shí)間的混料以及多 次燒結(jié)，工藝復(fù)雜，同時(shí)對(duì)原料的粒徑和純度要求較高，增加了生產(chǎn)成本；此外用該法制備 的AgSn02晶粒較大，后續(xù)加工仍然很困難；另外在材料溫升過高方面還有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生產(chǎn)成本 低、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法。制備的 混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料具有高的抗熔焊性和耐電弧燒損性能，同時(shí)具 有后續(xù)加工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種混合稀土氧化物改性的銀 氧化錫電接觸材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將粉末在溫度為100°C 200°C的條件下處理0. 5h 2h ；(2)將稀土元素RE、kg和Sn的混合物置于噴射共沉積真空中頻熔煉爐內(nèi)合金化 得到合金熔體；所述稀土元素RE為La、Sm和Y ；(3)待步驟⑵中所述合金熔體溫度達(dá)到100°C 200°C后，打開霧化氣閥門，同時(shí) 將合金熔體倒入保溫包，并啟動(dòng)粉末輸送裝置輸送步驟(1)中經(jīng)處理后的Ag20粉末，進(jìn)行 噴射共沉積得到AgSnRE/Ag20復(fù)合材料；所述Ag20粉末的輸送量為Sn的2倍摩爾量與稀土元素RE的3/2倍摩爾量之和；(4)將步驟(3)中所述AgSnRE/Ag20復(fù)合材料在溫度為400°C 800°C的真空條件 下原位化學(xué)反應(yīng)4h 8h，制備得到AgSn02RE203復(fù)合材料，即改性AgSn02復(fù)合材料；所述改 性AgSn02復(fù)合材料中Sn02的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3% 15%，RE203的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 1% 5%， 余量為Ag ；(5)將步驟(4)中所述改性AgSn02復(fù)合材料進(jìn)行擠壓加工成棒材或板材形狀的混 合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料，再進(jìn)一步軋制或拉拔，最終根據(jù)應(yīng)用要求加工 成片材、絲材、異型材或觸頭形狀的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料。上述步驟(1)中所述A&0粉末的粒徑為10 ii m 100 ii m。上述步驟(2)中所述稀土元素RE的質(zhì)量純度彡99. 95%，所述Ag的質(zhì)量純度 彡99. 95 %，所述Sn的質(zhì)量純度彡99. 95 %。上述步驟(2)中所述合金化的溫度為820°C 965°C。上述步驟(3)中所述噴射共沉積的沉積距離為300mm 400mm，霧化氣體壓力為 0. 8MPa 1. 6MPa,導(dǎo)流管內(nèi)徑為3. 5mm 4. 5mm，沉積器轉(zhuǎn)速為10rpm/min 40rpm/min。上述步驟(5)中所述擠壓的溫度為400°C 600°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明通過噴射共沉積、原位化學(xué)反應(yīng)等先進(jìn)加工技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)短流程、近 成形、強(qiáng)制均勻凝固制備混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料，本發(fā)明具有加工成 本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。2、本發(fā)明制備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料比用粉末冶金法、內(nèi) 氧化法和化學(xué)沉淀法等方法制備的AgSn02具有更高的加工性能。3、本發(fā)明制備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料具有高的抗熔焊性 和耐電弧燒損性能，同時(shí)具有溫升低、后續(xù)加工簡(jiǎn)便、使用范圍廣和使用壽命長的特點(diǎn)。制 備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的密度為9. 87g/cm3 10. 51g/cm3，硬度 為 76HV 123HV，電阻率< 2. 4 ii Q cm下面通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1AgSn023RE2030. 5 的制備(1)將粒徑為10 ii m的粉末在溫度為100°C的條件下處理2h ；(2)將質(zhì)量純度彡99. 95%的稀土元素RE、質(zhì)量純度彡99. 95%的Ag和質(zhì)量純度 彡99. 95%的Sn的混合物置于噴射共沉積真空中頻熔煉爐內(nèi)，在溫度為820°C條件下合金 化得到合金熔體；所述稀土元素RE為La、Sm和Y ；(3)待合金熔體溫度達(dá)到200°C后，打開霧化氣閥門，同時(shí)將合金熔體倒入保溫 包，并啟動(dòng)粉末輸送裝置輸送經(jīng)處理后的Ag20粉末，進(jìn)行噴射共沉積得到AgSnRE/Ag20復(fù)合 材料；所述Ag20粉末的輸送量為Sn的2倍摩爾量與稀土元素RE的3/2倍摩爾量之和；所 述噴射共沉積的沉積距離為300mm，霧化氣體壓力為1. 6MPa，導(dǎo)流管內(nèi)徑為4mm，沉積器轉(zhuǎn) 速為 40rpm/min ；
(4)將AgSnRE/Ag20復(fù)合材料在溫度為800°C的真空條件下原位化學(xué)反應(yīng)4h，制備 得到AgSn02RE203復(fù)合材料，即改性AgSn02復(fù)合材料；所述改性AgSn02復(fù)合材料中Sn02的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%，RE203的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5%，余量為Ag ；(5)將改性AgSn02復(fù)合材料在溫度為400°C條件下擠壓加工成棒材或板材形狀的 AgSn023RE2030. 5電接觸材料，再進(jìn)一步軋制或拉拔，最終根據(jù)應(yīng)用要求加工成片材、絲材、 異型材或觸頭形狀的AgSn023RE2030. 5電接觸材料。本實(shí)施例制備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的密度為10. 51g/ cm3，硬度為 76HV，電阻率< 2. 05ii Q cm。實(shí)施例2AgSn0215RE2035 的制備(1)將粒徑為100 ii m的粉末在溫度為150°C的條件下處理0. 5h ；(2)將質(zhì)量純度彡99. 95%的稀土元素RE、質(zhì)量純度彡99. 95%的Ag和質(zhì)量純度 彡99. 95%的Sn的混合物置于噴射共沉積真空中頻熔煉爐內(nèi)，在溫度為965°C條件下合金 化得到合金熔體；所述稀土元素RE為La、Sm和Y ；(3)待合金熔體溫度達(dá)到100°C后，打開霧化氣閥門，同時(shí)將合金熔體倒入保溫 包，并啟動(dòng)粉末輸送裝置輸送經(jīng)處理后的Ag20粉末，進(jìn)行噴射共沉積得到AgSnRE/Ag20復(fù)合 材料；所述Ag20粉末的量為Sn的2倍摩爾量與稀土元素RE的3/2倍摩爾量之和；所述噴 射共沉積的沉積距離為400mm，霧化氣體壓力為1. 2MPa,導(dǎo)流管內(nèi)徑為4. 5mm,沉積器轉(zhuǎn)速 為 10rpm/min ；(4)將AgSnRE/Ag20復(fù)合材料在溫度為400°C的真空條件下原位化學(xué)反應(yīng)8h，制備 得到AgSn02RE203復(fù)合材料，即改性AgSn02復(fù)合材料；所述改性AgSn02復(fù)合材料中Sn02的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%，RE203的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，余量為Ag ；(5)將改性AgSn02復(fù)合材料在溫度為500°C條件下擠壓加工成棒材或板材形狀的 AgSn0215RE2035電接觸材料，再進(jìn)一步軋制或拉拔，最終根據(jù)應(yīng)用要求加工成片材、絲材、異 型材或觸頭形狀的AgSn0215RE2035電接觸材料。本實(shí)施例制備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的密度為9. 87g/ cm3，硬度為 123HV，電阻率< 2. 4ii Q cm。實(shí)施例3AgSn029RE2032. 5 的制備(1)將粒徑為55 ii m的Ag20粉末在溫度為200°C的條件下處理1. 2h ；(2)將質(zhì)量純度彡99. 95%的稀土元素RE、質(zhì)量純度彡99. 95%的Ag和質(zhì)量純度 彡99. 95%的Sn的混合物置于噴射共沉積真空中頻熔煉爐內(nèi)，在溫度為892°C條件下合金 化得到合金熔體；所述稀土元素RE為La、Sm和Y ；(3)待合金熔體溫度達(dá)到150°C后，打開霧化氣閥門，同時(shí)將合金熔體倒入保溫 包，并啟動(dòng)粉末輸送裝置輸送經(jīng)處理后的Ag20粉末，進(jìn)行噴射共沉積得到AgSnRE/Ag20復(fù)合 材料；所述Ag20粉末的量為Sn的2倍摩爾量與稀土元素RE的3/2倍摩爾量之和；所述噴 射共沉積的沉積距離為350mm，霧化氣體壓力為0. 8MPa,導(dǎo)流管內(nèi)徑為3. 5mm,沉積器轉(zhuǎn)速 為 25rpm/min ；(4)將AgSnRE/Ag20復(fù)合材料在溫度為600°C的真空條件下原位化學(xué)反應(yīng)6h，制備得到AgSn02RE203復(fù)合材料，即改性AgSn02復(fù)合材料；所述改性AgSn02復(fù)合材料中Sn02的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9%，RE203的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2. 5%，余量為Ag ；(5)將改性AgSn02復(fù)合材料在溫度為600°C條件下擠壓加工成棒材或板材形狀的 AgSn029RE2032. 5電接觸材料，再進(jìn)一步軋制或拉拔，最終根據(jù)應(yīng)用要求加工成片材、絲材、 異型材或觸頭形狀的AgSn029RE2032. 5電接觸材料。本實(shí)施例制備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的密度為9. 96g/ cm3，硬度為 115HV，電阻率< 2. 2ii Q cm。實(shí)施例4AgSn025RE2030. 1 的制備(1)將粒徑為55 ii m的粉末在溫度為120°C的條件下處理1. 5h ；(2)將質(zhì)量純度彡99. 95%的稀土元素RE、質(zhì)量純度彡99. 95%的Ag和質(zhì)量純度 彡99. 95%的Sn的混合物置于噴射共沉積真空中頻熔煉爐內(nèi)，在溫度為900°C條件下合金 化得到合金熔體；所述稀土元素RE為La、Sm和Y ；(3)待合金熔體溫度達(dá)到150°C后，打開霧化氣閥門，同時(shí)將合金熔體倒入保溫 包，并啟動(dòng)粉末輸送裝置輸送經(jīng)處理后的Ag20粉末，進(jìn)行噴射共沉積得到AgSnRE/Ag20復(fù)合 材料；所述Ag20粉末的量為Sn的2倍摩爾量與稀土元素RE的3/2倍摩爾量之和；所述噴 射共沉積的沉積距離為300mm，霧化氣體壓力為0. 8MPa,導(dǎo)流管內(nèi)徑為4mm，沉積器轉(zhuǎn)速為 25rpm/min ； (4)將AgSnRE/Ag20復(fù)合材料在溫度為600°C的真空條件下原位化學(xué)反應(yīng)4h，制備 得到AgSn02RE203復(fù)合材料，即改性AgSn02復(fù)合材料；所述改性AgSn02復(fù)合材料中Sn02的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，RE203的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 1%，余量為Ag ；(5)將改性AgSn02復(fù)合材料在溫度為500°C條件下擠壓加工成棒材或板材形狀的 AgSn025RE2030. 1電接觸材料，再進(jìn)一步軋制或拉拔，最終根據(jù)應(yīng)用要求加工成片材、絲材、 異型材或觸頭形狀的AgSn025RE2030. 1電接觸材料。本實(shí)施例制備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的密度為10. 27g/ cm3，硬度為 93HV，電阻率< 2. 1 ii Q cm。
權(quán)利要求
一種混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將Ag2O粉末在溫度為100℃～200℃的條件下處理0.5h～2h；(2)將稀土元素RE、Ag和Sn的混合物置于噴射共沉積真空中頻熔煉爐內(nèi)合金化得到合金熔體；所述稀土元素RE為La、Sm和Y；(3)待步驟(2)中所述合金熔體溫度達(dá)到100℃～200℃后，打開霧化氣閥門，同時(shí)將合金熔體倒入保溫包，并啟動(dòng)粉末輸送裝置輸送步驟(1)中經(jīng)處理后的Ag2O粉末，進(jìn)行噴射共沉積得到AgSnRE/Ag2O復(fù)合材料；所述Ag2O粉末的輸送量為Sn的2倍摩爾量與稀土元素RE的3/2倍摩爾量之和；(4)將步驟(3)中所述AgSnRE/Ag2O復(fù)合材料在溫度為400℃～800℃的真空條件下原位化學(xué)反應(yīng)4h～8h，制備得到AgSnO2RE2O3復(fù)合材料，即改性AgSnO2復(fù)合材料；所述改性AgSnO2復(fù)合材料中SnO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3％～15％，RE2O3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1％～5％，余量為Ag；(5)將步驟(4)中所述改性AgSnO2復(fù)合材料進(jìn)行擠壓加工成棒材或板材形狀的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料，再進(jìn)一步軋制或拉拔，最終根據(jù)應(yīng)用要求加工成片材、絲材、異型材或觸頭形狀的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法，其 特征在于，步驟(1)中所述Ag2O粉末的粒徑為10 μ m 100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法， 其特征在于，步驟(2)中所述稀土元素RE的質(zhì)量純度彡99. 95 %，所述Ag的質(zhì)量純度 彡99. 95 %，所述Sn的質(zhì)量純度彡99. 95 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法，其 特征在于，步驟(2)中所述合金化的溫度為820°C 965C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法， 其特征在于，步驟(3)中所述噴射共沉積的沉積距離為300mm 400mm，霧化氣體壓力為 0. 8MPa 1. 6MPa,導(dǎo)流管內(nèi)徑為3. 5mm 4. 5mm，沉積器轉(zhuǎn)速為10rpm/min 40rpm/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法，其 特征在于，步驟(5)中所述擠壓的溫度為400°C 600°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料的制備方法，包括以下步驟一、將Ag2O粉末進(jìn)行處理；二、將Sn、稀土元素和Ag合金化制備合金熔體；三、噴射共沉積制備復(fù)合材料；四、對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行原位化學(xué)處理；五、擠壓、軋制、拉拔制備混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料。本發(fā)明通過噴射共沉積、原位化學(xué)反應(yīng)等先進(jìn)加工技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)短流程、近成形、強(qiáng)制均勻凝固制備混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料。采用本發(fā)明制備的混合稀土氧化物改性的銀氧化錫電接觸材料具有高的抗熔焊性和耐電弧燒損性能，同時(shí)具有溫升低、后續(xù)加工簡(jiǎn)便、使用范圍廣、使用壽命長和可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C1/00GK101984117SQ20101057541
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者孫曉亮, 操齊高, 李進(jìn), 王軼, 馬光 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院