一種包括金屬和金屬氧化物的電觸頭材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電觸頭材料及其制備方法，特別涉及一種包括金屬和金屬氧化物的電觸頭材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬基電觸頭材料(比如銀基、銅基)是目前應(yīng)用最為廣泛的電接觸材料。為了提高其綜合性能、降低成本，在其中復(fù)合添加不同類型氧化物、碳化物是最為常見的方法。
[0003]目前制備包括金屬和金屬氧化物的復(fù)合觸頭材料的方法主要有合金內(nèi)氧化法和粉末冶金法。粉末冶金法包括混粉法、共沉積法和超聲化學(xué)包覆法。
[0004]混粉法是將金屬和金屬氧化物的粉末混合，壓制成型然后進(jìn)行燒結(jié)。該工藝雖能在較大范圍內(nèi)調(diào)整材料的成份，使得材料成分及質(zhì)量較其它方法易于控制，保證了產(chǎn)品性能的一致性，可制備出組織較均勻、體積較大、性能較穩(wěn)定的觸頭材料，但材料密度較低，氧化物顆粒與基體的界面潤濕性差、界面結(jié)合強(qiáng)度弱，耐電弧腐蝕性較差。
[0005]共沉積法是先選擇共沉淀劑如Na2C03或(NH4) 2C204等，加入到含有銀離子和金屬陽離子的鹽溶液中，使溶液中的金屬離子以鹽的形式形成沉淀，析出之后得到該沉淀，洗滌、焙燒或通過還原處理制得分散均勻的混合粉末，然后壓制成形，燒結(jié)可得所需的電觸頭材料。這種方法制備的銀金屬氧化物觸頭材料中第二相彌散分布均勻，電性能良好，但也有其缺點(diǎn)，如制粉工藝復(fù)雜，每批粉末質(zhì)量的穩(wěn)定性不容易控制，這主要是涉及濕法化學(xué)反應(yīng)過程的原因?qū)е碌摹?br>[0006]超聲化學(xué)包覆法主要是用濕法化學(xué)法制備銀粉包覆導(dǎo)電金屬氧化物復(fù)合粉末，這主要在超聲條件下進(jìn)行，然后通過粉末冶金的具體工藝制得銀金屬氧化物觸頭材料。采用這種方法時引入了超聲能量，而超聲空化作用大大增強(qiáng)了包覆銀金屬層與金屬氧化物粉末的結(jié)合強(qiáng)度，而且超聲波的作用使金屬氧化物粉末更加均勻分布地在反應(yīng)懸浮液中，從而實現(xiàn)每個金屬氧化物顆粒被金屬銀的沉淀所包覆，如果變多相燒結(jié)為單相燒結(jié)的話，可以達(dá)到降低燒結(jié)溫度、改善燒結(jié)效果的目的。
[0007]合金內(nèi)氧化工藝也是目前應(yīng)用比較廣泛的一種制備電觸頭材料的方法。具體的工藝是先于真空或惰性氣體中熔煉銀金屬合金，再在含氧氣氛中加熱銀金屬合金，使金屬轉(zhuǎn)變金屬氧化物。通過合金內(nèi)氧化法制備的銀金屬氧化物材料密度高、致密性好、氧化物質(zhì)點(diǎn)細(xì)小、耐電弧腐蝕、電壽命長，且適合于大批量生產(chǎn)，但產(chǎn)品表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，觸頭尺寸不宜太厚，而中間有貧氧化物層，導(dǎo)致其組織均勻性差。
[0008]隨著電器工業(yè)的發(fā)展，對金屬基氧化物電觸點(diǎn)材料提出更苛刻、更全面的要求。通過對國內(nèi)外電觸頭材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和制備工藝了調(diào)研分析了解，添加相的顆粒尺寸、分散情況對電接觸材料的最終性能起到至關(guān)重要的影響。
[0009]總體來說，在現(xiàn)有技術(shù)中:
[0010](I)粉末冶金法的特點(diǎn)是能在較大范圍內(nèi)調(diào)整合金的成分，可制備組織均勻、體積較大的觸頭，但是由于合金密度的限制，觸頭電壽命較差。
[0011](2)合金內(nèi)氧化法的特點(diǎn)是合金密度高、觸頭電磨損小、壽命長、便于大批量生產(chǎn)，但缺點(diǎn)也很明顯，即產(chǎn)品尺寸不宜太厚，組織容易出現(xiàn)不均勻性，存在氧化物貧富區(qū)的缺點(diǎn)，對材料的電氣性能不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]出于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提出一種均勻混粉的方法、從而實現(xiàn)金屬氧化物在金屬基體中的均勻分散。
[0013]本發(fā)明是以浸潰法制備包括金屬和金屬氧化物的復(fù)合觸頭材料，具體是將金屬微粉浸入到金屬氧化物前驅(qū)體的溶膠中，反應(yīng)一段時間后得到由金屬氧化物前驅(qū)體所包覆的金屬微粉，再進(jìn)行熱處理制備得到金屬-金屬氧化物復(fù)合粉體材料。
[0014]本發(fā)明具體包括以下步驟:
[0015]一種包括金屬和金屬氧化物的電觸頭材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟:
[0016](a)配制金屬氧化物前驅(qū)體的溶液；
[0017](b)浸潰金屬微粉:將粉末冶金的金屬微粉加入到所述金屬氧化物前驅(qū)體的溶液中，混合均勻，待反應(yīng)0.5至24小時后，過濾、干燥得到由所述金屬氧化物前驅(qū)體所包覆的金屬微粉；
[0018](c)熱處理:將步驟(b)所得的金屬微粉在非還原性氣氛下于150?900°C焙燒I至10小時，從而制備得到包括金屬和金屬氧化物的電觸頭材料。
[0019]所述金屬微粉可以是銀、銅或鎳。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選用其它適當(dāng)?shù)慕饘傥⒎邸?br>[0020]所述金屬氧化物包括Sn02、ZnO、CuO, In2O3> Ni2O, WO3> MoO3中的一種或幾種。
[0021]所述非還原性氣氛包括惰性氣氛或氧化氣氛。所述惰性氣氛包含氮?dú)夂拖∮袣怏w。
[0022]所述稀有氣體為氬氣、氦氣、氖氣中的一種或幾種。
[0023]所述電觸頭材料中的金屬的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為82%至99.9%。
[0024]所述金屬氧化物前驅(qū)體的溶液為醋酸鹽溶膠、氫氧化物溶膠等中的一種或幾種。另外，所述金屬氧化物前驅(qū)體的溶液還可以為醋酸鹽凝膠、氫氧化物凝膠等中的一種或幾種。
[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)不同的金屬氧化物，選擇適當(dāng)?shù)谋簾郎囟群捅簾龝r間。
[0026]本方法可通過工藝調(diào)控得到尺寸均一的納米級金屬氧化物均勻包覆的金屬微粉，實現(xiàn)了金屬微粉與金屬氧化物粉體的充分均勻混合，為觸點(diǎn)材料的制備提供了一種成本較低，制備工藝較簡單、基體相與增強(qiáng)添加相能均勻混合的新方法。
[0027]本方法解決了目前常用的機(jī)械混粉的混合均勻性問題，其中的復(fù)合工藝減少了粉末冶金過程中的雜質(zhì)含量，同時也避免了由合金內(nèi)氧化法所制得的電觸頭存在氧化物貧富區(qū)的缺點(diǎn)，提高了納米氧化物分布的彌散程度，改善了電觸頭質(zhì)量。
[0028]在本發(fā)明中可以實現(xiàn):
[0029](I)以金屬氧化物前驅(qū)體溶液熱處理所得到的金屬氧化物易于通過工藝參數(shù)調(diào)控來得到尺寸均一的納米級金屬氧化物；
[0030](2)將金屬微粉浸潰在金屬氧化物前驅(qū)體溶液中，金屬氧化物前驅(qū)體溶液在攪拌或超聲分散的條件下會均勻包覆在金屬微粉的表面，后經(jīng)熱處理工藝，易于得到金屬氧化物均勻包覆的金屬微粉，實現(xiàn)了金屬微粉與金屬氧化物的充分均勻混合；
[0031](3)成本較低，制備工藝較簡單。
[0032]本發(fā)明還涉及一種利用該制備方法所制成的包括金屬和金屬氧化物的電觸頭材料。
[0033]該電觸頭材料包括金屬微粉，通過將該金屬微粉加入到配制好的金屬氧化物前驅(qū)體的溶液中，混合均勻，待反應(yīng)0.5至24小時后，過濾、干燥得到由所述金屬氧化物前驅(qū)體所包覆的金屬微粉；將由所述金屬氧化物前驅(qū)體所包覆的金屬微粉在非還原性氣氛下于150?900°C焙燒I至10小時，從而該電觸頭材料包括金屬和金屬氧化物。
[0034]所述金屬微粉是銀、銅或鎳。
[0035]所述金屬氧化物包括Sn02、ZnO、CuO, In2O3> Ni2O, WO3> MoO3中的一種或幾種。
[0036]所述非還原性氣氛包括惰性氣氛或氧化氣氛。
[0037]所述電觸頭材料中的金屬的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為82%至99.9%。
[0038]所述金屬氧化物前驅(qū)體的溶液為醋酸鹽溶膠、氫氧化物溶膠中的一種或幾種。
[0039]所述金屬氧化物前驅(qū)體的溶液為醋酸鹽凝膠、氫氧化物凝膠中的一種或幾種。
[0040]所述惰性氣氛包含氮?dú)夂拖∮袣怏w。
[0041 ] 所述稀有氣體為IS氣、氦氣、氖氣中的一種或幾種。
[0042]本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)不同的金屬氧化物，選擇適當(dāng)?shù)谋簾郎囟群捅簾龝r間。
[0043]根據(jù)本發(fā)明可得到尺寸均一的納米級金屬氧化物均勻包覆的金屬微粉，實現(xiàn)了金屬微粉與金屬氧化物粉體的充分均勻混合，本發(fā)明提供了一種成本較低，制備工藝較簡單、基體相與增強(qiáng)添加相能均勻混合的電觸頭材料。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的觸點(diǎn)材料解決了目前常用的機(jī)械混粉的混合均勻性問題，其中的復(fù)合工藝減少了粉末冶金過程中的雜質(zhì)含量，同時也避免了由合金內(nèi)氧化法所制得的電觸頭存在氧化物貧富區(qū)的缺點(diǎn)，提高了納米氧化物分布的彌散程度，改善了電觸頭質(zhì)量。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的電觸頭材料包括以下優(yōu)勢:
[0046](I)以金屬氧化物前驅(qū)體溶液熱處理所得到的金屬氧化物易于通過工藝參數(shù)調(diào)控來得到尺寸均一的納米級金屬氧化物；
[0047](2)將金屬微粉浸潰在金屬氧化物前驅(qū)體溶液中，金屬氧化物前驅(qū)體溶液在攪拌或超聲分散的條件下會均勻包覆在金屬微粉的表面，后經(jīng)熱處理工藝，易于得到金屬氧化物均勻包覆的金屬微粉，實現(xiàn)了金屬微粉與金屬氧化物的充分均勻混合；
[0048](3)成本較低，制備工藝較簡單。
【附圖說明】
[0049]通過下面的附圖本領(lǐng)域技術(shù)人員將對本發(fā)明有更好的理解，并且更能清楚地體現(xiàn)出本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。這里描述的附圖僅為了所選實施例的說明目的，而不是全部可能的實施方式并且旨在不限定本發(fā)明的范圍。
[0050]圖1 (a)，(b)示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的銀/ 二氧化錫復(fù)合體系的SEM/TEM照片；
[0051]圖2(a)，(b)示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的銀/氧化銅復(fù)合體系的SEM/TEM照片;
[0052]圖3(a)，(b)示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的銀/氧化鋅復(fù)合體系的SEM/TEM照片。
【具體實施方式】
[0053]以下將結(jié)合附圖對根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。通過附圖以及相應(yīng)的文字說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)勢。
[0054]在總體上，本發(fā)明具體包括以下步驟:
[0055]一種包括金屬和金屬氧化物的電觸頭材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟:
[0056](a)配制金屬氧化物前驅(qū)體的溶液；
[0057](b)浸潰金屬微粉:將粉末冶金的金屬微粉加入到所述金屬氧化物前驅(qū)體的溶液中，通過如攪拌或超聲震蕩等方式混合均勻，待反應(yīng)0.5至24小時后，過濾、干燥得到由