本发明涉及一种触头材料的制备方法， 具体地说，涉及的是一种颗粒定向排 列增强银基氧化物电触头材料的制备方法。

背景技术

电触头是电器开关的核心元件，它担负着电路 间的接通与断开，及负载电流 的任务， 被广泛应用于各类空气开关， 继电器， 交直流接触器等低压和高压电器 中， 涉及到现代社会中的民用、 工业、 军事、 航天、 航空、 信息等各个领域。 近 年来， 随着高压输变电网大容量、超高压的发展， 低压配电系统与控制系统对自 动化水平、.灵敏程度要求的提高， 以及电子工业产品的现代化， 对电触头提出愈 来愈高的功能要求和长寿命的使用要求。为此 ，不断有新的银基复合材料及制备 工艺被研发。金属氧化物 (MeO)颗粒增强银基复合材料由于其良好的导热� ��导电、 抗熔焊及抗电磨损等性能被广泛的研究和应用 。 同时， 金属氧化物 (MeO)颗粒增 强银基材料增强体成本低、制备工艺简单、可 以采用传统的金属加工工艺进行加 工， 因而具有良好的发展前途。

国内外关于颗粒增强银基电接触材料方面的研 究具体如下：

1) 中国发明专利： 碳包覆镍纳米颗粒增强银基复合材料的制备方 法， 申请 号： 200810153154.9, 公开号： CN101403105A。

2) 中国发明专利： 金属基复合材料的制备方法， 申请号： 200410064970.4， 公开号： CN1760399A。

3) 中国发明专利： 一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法， 申请号： 200810018200.4, 公开号： CN101285187A。

4) 中国发明专利：化学共沉淀制备纳米稀土共混 合 AgSn0 ₂ 电接触合金， 申 请号： 200410073547.0， 公开号： CN100481289C。

目前，颗粒增强银基电接触材料的制备方法大 致有三类： 一是传统的粉末冶 金烧结法，其工艺流程为混粉一等静压一烧结 一热压一挤压、轧制或锻造等二次 加工。此方法在粉体混合时，增强相颗粒容易 聚集，造成材料增强相分布不均匀， 影响产品使用性能； 二是在传统方法基础上， 通过特殊工艺对增强相颗粒 [文献

1)]、增强相颗粒 -基体 [文献 2)]、或基体 [文献 3)]进行预处理的方法。三是通过化 学共沉淀方法 [文献 4)]， 首先制备均匀分布的复合粉体， 然后再冷压、 烧结、 复 压和挤压等。方法二和方法三虽然可以使得增 强相颗粒弥散分布于银基中，但是 研究表明， 当增强相 (氧化物)颗粒较细 (纳米级)时， 弥散分布会增加增强相与 Ag 基体的接触面积， 导致电子散射作用大大增强， 使得触头材料电阻明显升高， 严 重影响产品的使用性能。 同时， 弥散分布的较细增强相 (氧化物)颗粒虽然使材料 强度、硬度得到提高， 对提高材料的耐机械磨损性能有一定的意义， 但通常会导 致材料的延伸率大大下降， 使材料塑性变差， 很难加工。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷， 提供一种颗粒定向排列增强银 基氧化物电触头材料的制备方法， 该方法在增强相 (氧化物)颗粒较细也可以获得 电学性能优良的颗粒增强银基材料，且工艺简 单，操作方便，对设备无特殊要求。 本发明方法制备的材料抗熔焊性、耐电弧烧蚀 性能及电导率均有较大的提高， 并 且加工性能十分优良。

为实现上述的目的， 本发明采用的技术方案是- 本发明提供一种颗粒定向排列增强银基氧化物 电接触材料的制备方法，包括 以下步骤- 第一步， 首先配制含有 Ag+和增强相金属离子的混合盐溶液， 然后在搅拌情 况下加入共沉淀剂， 过滤出沉淀物， 再依次进行洗涤和焙烧， 制取均匀分散的复 合粉体。 其中： Ag+和增强相金属离子比例根据所需制备的复合 粉体成份计算获 得；共沉淀剂为一切在溶液能够 Ag+和金属离子形成沉淀物且沉淀物经焙烧后能 分解为金属氧化物的沉淀剂，共沉淀剂的重量 按其完全沉淀出溶液中 Ag+和增强 相金属离子计算获得。

第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球 磨造粒和过筛，未能通过筛网 的大颗粒粉体再重新返回到球磨机中进行加工 ， 然后再过筛。

第三步，将第二步获得的造粒后的粉体的聚集 体和基体银粉倒入混粉机中进 行混粉，其中：造粒后粉体的聚集体和基体银 粉重量比例根据所需制备材料成份 所需计算获得。

第四步， 将第三步获得的粉体进行冷等静压。

第五步， 将冷等静压获得的坯体进行烧结。

第六步， 将烧结获得的坯体进行热压。

第七步，将热压获得的坯体进行热挤压，得到 颗粒定向排列增强银基氧化物 电触头材料。

本发明上述方法制备的颗粒定向排列增强的银 基氧化物电触头材料，其中增 强相以其颗粒相互连接且定向排列的形式存在 于基体中，且增强相材料为一种材 料或多种材料混合物。

本发明所采用方法与以往传统材料的化学共沉 淀结合粉末冶金【即： 化学共 沉淀法制备复合沉淀物一焙烧一冷压一烧结一 复压一挤压】的制备方法有显著不 同， 本发明采用的方法是： 首先采用化学共沉淀法制备 Ag盐和增强相金属盐沉 淀物， 然后进行焙烧， 获得均匀分散的银基氧化物复合粉体， 再经过高能球磨造 粒和过筛， 得到复合粉体的聚集体， 然后将聚集体和基体 Ag粉按材料成分配方 所需量进行均匀混合， 再依次进行冷等静压， 烧结， 热压， 热挤压。 在挤压过程 中包覆体在 Ag基体中随软化的 Ag—起流动， 由于 Ag的包覆，.使得氧化物增强相 材料很容易被拉开， 并且沿着挤压方向定向排列且相互连接，形成 类似纤维状结 构。此方法获得的材料， 其增强相是以颗粒相互连接且定向排列的形式 存在， 类 似于纤维状结构，其耐电弧烧蚀能力比单纯的 颗粒分散增强的相同触头材料体系 提高 10-20%， 沿挤压方向导电率提高 5-15%， 抗熔焊性提高 10-20%, 电寿命提高 了 10-30%; 并且具有优良的加工性能适用于规模化生产。

具体实施方式

以下对本发明的技术方案作进一步的说明，以 下的说明仅为理解本发明技术 方案之用， 不用于限定本发明的范围， 本发明的保护范围以权利要求书为准。

本发明提供的上述颗粒定向排列增强银基氧化 物电触头材料的制备方法，适 用于通常的颗粒增强银基氧化物复合材料的制 备，该方法在增强相颗粒较细时也 可以获得电学性能优良的颗粒增强银基材料， 且工艺简单， 操作方便， 对设备无 特殊要求。本发明方法制备的材料抗熔悍性、 耐电弧烧蚀性能及电导率均有较大 的提高， 并且加工性能十分优良。 根据本发明方法得到的银基氧化物电触头材料 ，增强相是以其颗粒互连接且 定向排列的形式存在于基体中，且增强相材料 为一种材料或多种材料混合物。在 具体制备的时候， 根据实际需要设计的材料成分进行配比。

本发明中， 设计的化学共沉淀、 高能球磨造粒和过筛、 混粉、 冷等静压、 烧 结、 热压以及热挤压等步骤， 具体工艺操作的参数是可以选择的， 比如：

第一步中， 首先配制含有 Ag+和增强相金属离子的混合盐溶液， 然后在搅拌 情况下加入共沉淀剂， 过滤出沉淀物， 再依次进行洗涤和焙烧， 制取均勾分散的 复合粉体。 其中参数可以采用： Ag+和增强相金属离子比例根据氧化物占复合粉 体总重的比例在 3/4— 1/2之间计算获得；共沉淀剂为一切在溶液能够 与 Ag+和金 属离子形成沉淀物且沉淀物经焙烧后能分解为 金属氧化物的沉淀剂，共沉淀剂重 量按其完全沉淀出溶液中的 Ag+和增强相金属离子计算获得； 搅拌速度在 80转 / 分钟 -120转 /分钟之间；反应时间在 2-4小时之间；焙烧温度在 300°C-500°C之间， 时间在 1-5小时之间。

第二步中，将第一步获得的复合粉体进行高能 球磨造粒和过筛，未能通过筛 网的大颗粒粉体再重新返回到球磨机中进行加 工，然后再过筛。其中参数可以采 用： 球磨转速在 180转 /分钟一 350转 /分钟之间； 球磨时间在 5-15小时； 球料比 (即球珠和粉体重量比例)在 10-20之间； 所过筛的目数在 100目 -400目之间。

第三步中，将第二步获得的复合粉体和银粉倒 入混粉机中进行混粉， 复合粉 体和基体银粉重量比例根据所需制备材料成份 所需计算获得。 其中参数可以采 用： 混粉机转速在 20转 /分钟一 35转 /分钟之间； 混粉时间在 2-6小时之间。

第四步中， 将第三步获得的粉体进行冷等静压。其中参数 可以采用： 等静压 压强在 100-500Mpa之间。

第五步中， 将冷等静压获得的坯体进行烧结。其中参数可 以采用： 烧结温度 在 600°C-800°C之间； 烧结时间在 8-15小时之间。

第六步中， 将烧结获得的坯体进行热压。 其中参数可以采用： 热压温度在 500°C-900°C之间； 热压压强在 300-700MPa之间； 热压时间为 5min-20min之间。

第七步中，将热压获得的坯体进行热挤压，得 到颗粒定向排列增强银基氧化 物电触头材料。 其中参数可以采用： 坯体加热温度在 700-900°C之间； 挤压比在 100-400之间，挤压速度在 5-15cm/min之间；挤压模具预热温度在 300-600 °C之间。 以下通过具体应用的实施例来对本发明详细的 技术操作进行说明。

实施例一

以制备 AgZnO(8)触头材料为例

第一步， 将 AgN0 ₃ 粉 340g和 Zn(N0 ₃ ) ₂ 粉 1512g溶于 10L去离子水中并搅 拌形成均一的溶液， 将此溶液标记为溶液 A; 同时将 1200g的沉淀剂 N¾C0 ₃ 溶 于 5L去离子水中， 将此溶液标记为溶液 B; 然后在勾速搅拌下将溶液 B缓慢加 入到溶液 A中，搅拌速度为 80转 /分钟，反应时间 4小时，过滤出沉淀物；洗涤； 焙烧： 温度 380°C， 5小时； 获得均匀分散的复合粉体。

第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球 磨造粒和过筛，未能通过筛网 的大颗粒返回到球磨机中重新加工， 然后再过筛。 球磨转速 180转 /分钟； 球磨 时间 15小时; 球料比为 15; 所过筛的目数 200目。

第三步， 将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉 7236g—起倒入 "V" 型混粉机中， 进行均匀混粉。 混粉时转速速度 20转 /分钟， 时间 6小时。

第四步， 将第三步获得的粉体装入直径为 9cm， 长度 20cm塑胶筒中， 进行 冷等静压， 冷等静压压强 100MPa。

第五步， 将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结， 烧结温度 600°C， 烧结 15 小时。

第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压， 温度 800°C，热压压强 700MPa， 热压时间 5min。

第七步， 将热压好的坯体进行热挤压， 热挤压温度 80CTC， 挤压比 324， 挤 压速度 8cm/min, 挤压模具预热温度 600°C。

本实施例最终获得具有明显 ZnO颗粒定向排列增强结构， 即类似于纤维状 组织结构的 AgZnO(8)材料， 其中， ZnO纤维状组织结构是由很多细小的 ZnO颗 粒定向排列且相互连接而成的。 获得的材料抗拉强度为 290Mpa; 沿挤压方向电 阻率为 2.1μΩχιη; 硬度为 85HV。 实施例二

以制备 AgSnO ₂ (10)触头材料为例

第一步，将 AgN0 ₃ 粉 340g和 750g的 SnCl ₄ 溶于 8L去离子水中并搅拌均匀， 将此溶液标记为溶液 A;同时将 1500g的沉淀剂 (NH ₄ ) ₂ C ₂ 0 ₄ 溶于 7L去离子水中， 将此溶液标记为溶液 B; 然后在勾速搅拌下将溶液 B缓慢加入到溶液 A中， 搅 拌速度为 120转 /分钟，反应时间 2小时，过滤出沉淀物；洗涤；焙烧：温度 300°C， 1小时； 获得均匀分散的复合粉体。

第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球 磨造粒和过筛，未能通过筛网 的大颗粒返回到球磨机中重新加工， 然后再过筛。 球磨转速 350转 /分钟； 球磨 时间 10小时； 球料比为 10; 所过筛的目数 300目。

第三步， 将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉 3689g—起倒入 "V" 型混粉机中， 进行均勾混粉。 混粉时转速速度 30转 /分钟， 时间 4小时。

第四步， 将第三步获得的粉体装入直径为 9cm， 长度 15cm塑胶筒中， 进行 冷等静压， 冷等静压压强 500MPa。

第五步， 将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结， 烧结温度 800Ό， 烧结 10 小时。

第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压， 温度 800°C，热压压强 500MPa， 热压时间 10分钟。

第七步， 将热压好的坯体进行热挤压， 热挤压温度 90(TC， 挤压比 225， 挤 压速度 5cm/min， 挤压模具预热温度 50CTC。

本实施例最终获得具有明显 Sn0 ₂ 颗粒定向排列增强结构， 即类似于纤维状 组织结构的 AgSnO ₂ (10)材料， 其中， Sn0 ₂ 纤维状组织结构是由很多细小的 Sn0 ₂ 颗粒定向排列且相互连接而成的， 获得的材料抗拉强度为 280Mpa _; 沿挤压方向 电阻率为 2.2μΩ.αη; 硬度为 88HV。 实施例三

以制备 AgCd012触头材料为例

第一步， 将 AgN0 ₃ 粉 510g和 Cd(N0 ₃ ) ₂ 粉 600g溶于 5L去离子水中并搅拌 均匀， 将此溶液标记为溶液 A; 同时将 800g的沉淀剂 Na ₂ C0 ₃ 溶于 5L去离子水 中， 将此溶液标记为溶液 B; 然后在勾速搅拌下将溶液 B缓慢加入到溶液 A中， 搅拌速度为 100转 /分钟， 反应时间 2小时， 过滤出沉淀物； 洗涤； 焙烧： 温度 500Ό， 3小时； 获得均匀分散的复合粉体。

第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球 磨造粒和过筛，未能通过筛网 的大颗粒返回到球磨机中重新加工， 然后再过筛。 球磨转速 300转 /分钟； 球磨 时间 5小时； 球料比为 15; 所过筛的目数 100目。

第三步， 将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉 2062g—起倒入 "V" 型混粉机中， 进行均匀混粉。 混粉时转速速度 35转 /分钟， 时间 2小时。

第四步， 将第三步获得的粉体装入直径为 9cm， 长度 15cm塑胶筒中， 进行 冷等静压， 冷等静压压强 300MPa。

第五步， 将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结， 烧结温度 75(TC， 烧结 8 小时。

第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压， 温度 500°C，热压压强 300MPa， 热压时间 20min。

第七步， 将热压好的坯体进行热挤压， 挤压成片材， 热挤压温度 700°C， 挤 压比 100， 挤压速度 15cm/min， 挤压模具预热温度 300°C。

本实施例最终获得具有明显 CdO颗粒定向排列增强结构， 即类似于纤维状 组织结构的 AgCd012材料， 其中， CdO纤维状组织结构是由很多细小的 CdO 颗粒定向排列且相互连接而成的。 获得的材料抗拉强度为 285Mpa _; 沿挤压方向 电阻率为 2.1μΩχιη; 硬度为 83HV。 实施例四

以制备 Ag-4ZnO-8CdO触头材料为例

第一步， 将 AgN0 ₃ 粉 510g、 Zn(N0 ₃ ) ₂ 粉 252g、 Cd(N0 ₃ ) ₂ 粉 400g溶于 10L 去离子水中并搅拌均匀， 将此溶液标记为溶液 A; 同时将 800g的沉淀剂 Na ₂ C0 ₃ 溶于 5L去离子水中， 将此溶液标记为溶液 B; 然后在匀速搅拌下将溶液 B缓慢 加入到溶液 A中， 搅拌速度为 80转 /分钟， 反应时间 2小时， 过滤出沉淀物； 洗 涤； 焙烧： 温度 50(TC， 4小时； 获得均匀分散的复合粉体。

第二步，将第一步获得的复合粉体进行高能球 磨造粒和过筛，未能通过筛网 的大颗粒返回到球磨机中重新加工， 然后再过筛。 球磨转速 200转 /分钟； 球磨 时间 8小时； 球料比为 20; 所过筛的目数 400目。

第三步， 将第二步获得的造粒后的聚集体和基体银粉 2063g—起倒入 "V" 型混粉机中， 进行均匀混粉。 混粉时转速速度 30转 /分钟， 时间 4小时。

第四步， 将第三步获得的粉体装入直径为 9cm， 长度 15cm塑胶筒中， 进行 冷等静压， 冷等静压压强 500MPa。 第五步， 将第四步获得的冷等静压坯体进行烧结， 烧结温度 800°C， 烧结 12 小时。

第六步，将第五步获得的烧结坯体进行热压， 温度 900°C，热压压强 700MPa， 热压时间 10min。

第七步， 将热压好的坯体进行热挤压， 热挤压温度 900°C， 挤压比 400， 挤 压速度 5cm/min， 挤压模具预热温度 600°C。

本实施例最终获得具有明显 ZnO和 CdO颗粒定向排列增强结构， 即类似于 纤维状组织结构的 Ag-4ZnO-8CdO触头材料材料， 其中， ZnO和 CdO纤维状组 织结构分别是由很多细小的 ZnO和 CdO颗粒定向排列且相互连接而成的。 获得 的材料抗拉强度为 260Mpa _; 沿挤压方向电阻率为 2.4μΩ.αη _; 硬度为 87HV。 以上所述仅为本发明的部分较佳实施例而已， 并非对本发明的技术范围做任 何限制，本发明还可以适用于其他成分配比的 颗粒定向排列增强银基氧化物复合 材料的制备。 凡在本发明的精神和原则之内做的任何修改， 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。