本發(fā)明涉及電力設(shè)備行業(yè),尤其涉及一種銀基電觸頭及其制造方法、專用設(shè)備、專用模具。
背景技術(shù):
電觸頭亦稱觸頭或接點,在高、低壓電器中起著接通、分斷、導(dǎo)流和隔離電流的作用,是高低壓電器的關(guān)鍵元件之一。其性能的好壞直接影響開關(guān)電器容量、壽命及可靠性。早期的電觸頭多采用純銀,但銀的硬度不高,抗熔焊性和耐磨性差,并且電壽命低。銀基金屬氧化物(AgMeO) 觸頭材料是指彌散的金屬氧化物顆粒分布在銀基體中的一種材料,具有較好的導(dǎo)電性、抗熔焊性、耐電磨損和使用壽命;在低壓電器中有廣泛的應(yīng)用前景。最早出現(xiàn)的AgMeO 電觸頭材料是AgCdO 材料,由于其具有耐電弧、抗熔焊、耐機械磨損、耐腐蝕、穩(wěn)定性好,以及接觸電阻低、良好的加工性和可焊性等眾多優(yōu)點,被稱為“萬能觸頭”,在20世紀七八十年代曾廣泛應(yīng)用于中等功率的電器中。但由于其在制備與使用過程中的毒性問題被歐盟等發(fā)達國家限制使用,這就促使人們來開發(fā)無Cd的AgMeO電觸頭材料。目前,主要研究的無Cd的AgMeO電觸頭材料有AgSnO2、AgZnO、AgNi、AgCuO等,但這些AgMeO電觸頭材料的性能均不能完全達到AgCdO電觸頭材料那樣的使用要求;市場急切需要綜合性能優(yōu)異的能夠完全替代AgCdO電觸頭的銀金屬氧化物材料。經(jīng)過人們對不同AgMeO電觸頭材料制備方法與性能的研究發(fā)現(xiàn),無論采用哪種制備方法,靠單一的金屬氧化物來增強銀基電觸頭材料,是不能夠完全替代代AgCdO電觸頭,需要開發(fā)復(fù)相金屬氧化物增強的銀基電觸頭材料,才能夠滿足市場對無毒AgMeO電觸頭材料綜合性能的要求。傳統(tǒng)的銀基電觸頭的制造方法中,常用的有內(nèi)氧化法、粉末燒結(jié)法、預(yù)氧化合金粉末法。很多是采用內(nèi)氧化法,采用銀的氧化傳遞作用,使內(nèi)部金屬添加物氧化,因為氧氣傳播的梯度造成內(nèi)部氧化不均,因為金屬添加物在內(nèi)部的分布不均,造成彌散不均。采用粉末燒結(jié)法,是采用機械混合、成型、燒結(jié)、擠壓的方式,因為受原料本身的純度、氧化程度的影響很大,電觸頭的質(zhì)量不易保證,而且燒結(jié)后擠壓,需要較大噸位的壓力機。采用預(yù)氧化合金粉末法時通過先內(nèi)氧化再壓制燒結(jié)擠壓,與粉末燒結(jié)法類似,且設(shè)備復(fù)雜、過程繁瑣。申請?zhí)枮?01510018833.5的專利公開了一種氮化鈦增強銀基觸頭材料及其制備方法,其配方中其制造過程中經(jīng)多次壓制、多次燒結(jié),制造過程極為繁瑣。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷,本發(fā)明旨在提供一種能替代AgCdO電觸頭材料、具有耐電磨損、抗熔焊性和接觸電阻低而穩(wěn)定等優(yōu)點的銀基電觸頭以及制造過程簡單、氧化完全、彌散均勻、一次燒結(jié)成型的制造方法及專用設(shè)備、專用模具。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種銀基電觸頭,由以下重量份的成份組成:銀100-110份,二氧化錫6-8份,二氧化鈦5-7份,三氧化二銻2-3份。
上述的銀基電觸頭的優(yōu)選方案,由以下重量份的成份組成:銀102份,二氧化錫8份,二氧化鈦6份,三氧化二銻2.5份。
上述的銀基電觸頭的制造方法,包括以下步驟:
1)準備:準備納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉,按(100-110):(4.73-6.30):(3.00-4.20):(1.67-2.51)的重量比例進行計量稱??;
2)氧化:
①將步驟1)的納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉分別放入真空反應(yīng)室內(nèi)的攪拌系統(tǒng)中;
②真空反應(yīng)室抽真空至真空度≤1×10-3Pa;
③停止抽真空,通入99.9%以上純氧,至壓強達到0.3MPa及以上;
④紫外線燈管開始工作,釋放波長為100-150nm的紫外線;
⑤至少2分鐘后,攪拌系統(tǒng)開始工作,對粉末進行攪拌;加熱系統(tǒng)同步升溫,至150-180℃保溫,1小時后隨爐冷卻至室溫,出爐,得到混合氧化粉末;
3)裝模:將步驟2)所得的混合氧化粉末定量裝入模具,并加放壓模塊,放入真空反應(yīng)室;
4)燒結(jié):升溫至860-900℃,高溫?zé)Y(jié)5-6h,隨爐冷至室溫,出爐,可得銀基電觸頭初坯;
5)拋光:將銀基電觸頭初坯用氧化鋁磨料進行離心拋光,時間為10-20min。
上述銀基電觸頭的制造方法的步驟2)、3)、4)的專用設(shè)備,包括爐體和設(shè)置在爐體內(nèi)的真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng),爐體內(nèi)的空腔為真空反應(yīng)室,其特征在于:還包括設(shè)置在爐體內(nèi)的紫外線系統(tǒng)、加氧系統(tǒng)和設(shè)置在真空反應(yīng)室底部的攪拌系統(tǒng);所述紫外線系統(tǒng)為安裝在真空反應(yīng)室四周爐壁上的多根紫外線燈管組成;所述加氧系統(tǒng)包括安裝在爐體上的電磁閥、設(shè)置在爐體外的氧氣瓶或制氧機、管路系統(tǒng);所述攪拌系統(tǒng)包括盛放粉末的攪拌皿和位于其上的攪拌槳組成。
上述銀基電觸頭的制造方法的步驟3)、4)的專用模具,其特征在于:包括用于確定銀基電觸頭初坯形狀的底模、頂模和用于加壓的壓模塊,其中壓模塊高度大于15厘米。
本發(fā)明通過在純銀中添加SnO2、TiO2、Sb2O3,其中SnO2的加入使銀基電觸頭具有化學(xué)和熱穩(wěn)定性良好、升華和分解溫度高、熔化金屬不易產(chǎn)生噴濺、電弧侵蝕小且長期保持電弧侵蝕小、有很好的抗熔焊性及穩(wěn)定性的優(yōu)點,而其本身具有接觸電阻和溫升高的缺點;Sb2O3在較低溫度下有比較高的蒸氣壓,能使電弧在較低溫度下有適當(dāng)揮發(fā)、保持觸頭表面清潔且能吸熱尤其是吸收交變熱應(yīng)力、避免觸頭扭曲、開裂;TiO2導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異,具有較好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和十分顯著的細化晶粒的作用,能在一定程度上改善接觸電阻。三種添加物的綜合作用,使本發(fā)明的銀基電觸頭具有十分優(yōu)良的綜合作用,能達到媲美和替代AgCdO的效果,具有耐電磨損、抗熔焊性和接觸電阻低的優(yōu)點。
本發(fā)明的制造方法,采用納米粉末在較低溫度下進行氧化反應(yīng),先抽真空然后填充純氧,是為了保證去除空氣中粉塵和氮氣等雜質(zhì),避免影響銀基電觸頭性能;0.3MPa即3個大氣壓的純氧在100-150nm紫外線的作用下,能夠迅速產(chǎn)生臭氧分子和游離的氧原子,活性極強,配合150-180℃的溫度和對粉末的攪拌,能保證粉末的氧化充分且混合均勻,燒結(jié)后也可以保證彌散均勻,其中Ag在此溫度下基本不氧化,即使少量的氧化在后續(xù)真空燒結(jié)過程中AgO也會迅速分解。裝模后采用壓模塊進行加壓后加熱燒結(jié),即邊燒邊壓,且在真空環(huán)境下進行壓模和燒結(jié),得到的銀基電觸頭初坯致密性好,一次燒結(jié)即可達到致密性要求。整體采用專用設(shè)備、專用模具,一體化完成,制造過程極為簡單。
具體實施方式
一種銀基電觸頭,由以下重量份的成份組成:銀100-110份,二氧化錫6-8份,二氧化鈦5-7份,三氧化二銻2-3份。其中,經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn),較為優(yōu)選的方案為銀102份,二氧化錫8份,二氧化鈦6份,三氧化二銻2.5份,制造的銀基電觸頭綜合性能較優(yōu)。
一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀基電觸頭的制造方法,其特征在于,包括以下步驟:
1)準備:準備納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉,按(100-110):(4.73-6.30):(3.00-4.20):(1.67-2.51)的重量比例進行計量稱取;若需要實現(xiàn)較優(yōu)方案即銀102份,二氧化錫8份,二氧化鈦6份,三氧化二銻2.5份,則納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉的混合比例為100:6.30:3.60:2.09。
2)氧化:
①將步驟1)的納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉分別放入真空反應(yīng)室內(nèi)的攪拌系統(tǒng)中;
②真空反應(yīng)室抽真空至真空度≤1×10-3Pa;
③停止抽真空,通入99.9%以上純氧,至壓強達到0.3MPa及以上;
④紫外線燈管開始工作,釋放波長為100-150nm的紫外線;
⑤至少2分鐘后,攪拌系統(tǒng)開始工作,對粉末進行攪拌;加熱系統(tǒng)同步升溫,至150-180℃保溫,1小時后隨爐冷卻至室溫,出爐,得到混合氧化粉末;
3)裝模:將步驟2)所得的混合氧化粉末定量裝入模具,并加放壓模塊,放入真空反應(yīng)室;
4)燒結(jié):升溫至860-900℃,高溫?zé)Y(jié)5-6h,隨爐冷至室溫,出爐,可得銀基電觸頭初坯;
5)拋光:將銀基電觸頭初坯用氧化鋁磨料進行離心拋光,時間為10-20min。本拋光工藝步驟屬于現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明的銀基電觸頭的制造方法中步驟2)、3)、4)的專用設(shè)備,可以用真空爐改造可得,也可專門制造。若采用真空爐改造,則在真空爐中增加紫外線系統(tǒng)、加氧系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)即可。該專用設(shè)備包括爐體和設(shè)置在爐體內(nèi)的真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng),爐體內(nèi)的空腔為真空反應(yīng)室,其特征在于:還包括設(shè)置在爐體內(nèi)的紫外線系統(tǒng)、加氧系統(tǒng)和設(shè)置在真空反應(yīng)室底部的攪拌系統(tǒng);所述紫外線系統(tǒng)為安裝在真空反應(yīng)室四周爐壁上的多根紫外線燈管組成;所述加氧系統(tǒng)包括安裝在爐體上的電磁閥、設(shè)置在爐體外的氧氣瓶或制氧機、管路系統(tǒng);所述攪拌系統(tǒng)包括盛放粉末的攪拌皿和位于其上的攪拌槳組成。
本發(fā)明的銀基電觸頭的制造方法的專用模具,包括用于確定銀基電觸頭初坯形狀的底模、頂模和用于加壓的壓模塊。底模和頂模包括壓模塊均為現(xiàn)有技術(shù),因為燒結(jié)過程中860-900℃中高溫?zé)Y(jié)較長時間,所以底模、頂模和壓模塊都采用耐高溫材料,本實施例采用的是1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼。不過本發(fā)明中的壓模塊的重量要足夠大,足以對坯料產(chǎn)生10MPa以上的壓強,也就是壓模塊的高度至少應(yīng)大于12.7厘米,減去壓力損耗,壓模塊的高度大于15厘米可以保證壓強足夠,當(dāng)然,如果采用的材料為密度更大的材料,可以適當(dāng)減少壓模塊的高度。為了保證致密度,頂模上留有溢料孔,也便于燒結(jié)過程中氣體溢出,且在裝模時混合氧化粉末要有2%以上的盈余量,溢料孔中殘余的部分會在拋光工序被去除。
對所公開的實施例的上述說明,僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。