溶胶凝胶-热压法制备Ag50-Ni50纳米电接触材料及性能研究

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电接触材料是导体接触的界面材料,其性能直接影响电器的质量及使用寿命。Ag-Ni电接触材料具有良好的导热性、导电性、直流负载条件下损耗小、接触电阻低及工艺性突出等优点,广泛应用在中低压负载电气中。但Ag-Ni电接触材料硬度较低,抗电弧侵蚀性能差。因此本文选用Ag-Ni复合材料作为研究对象。采用溶胶凝胶-热压法制备Ag50-Ni50纳米电接触材料,并进行性能测试,旨在找到一种最优工艺制备Ag50-Ni50纳米电接触材料,提升材料的硬度和耐电弧侵蚀性能。得到主要内容及结果如下:用化学共沉淀法-热压法制备出Ag50-Ni50电接触材料。由于共沉淀时,Ag2C2O4较NiC204先沉淀出来,没有实现同时沉淀,导致颗粒长大,在热压烧结时会造成进一步长大,达到了3 μm。但其抗电弧侵蚀性能较好,可用于制备微米级Ag-Ni电接触材料。通过溶胶凝胶法制备出Ag50-Ni50纳米粉体,并调控柠檬酸与金属离子摩尔比和pH值。在柠檬酸与金属离子摩尔比为2:1时粉体分散性最好,颗粒尺寸最小,平均粒径为120 nm。溶胶pH值对粉体分散性影响较大。经过Zeta电位分析,在pH值较低时,银、镍颗粒的Zeta电位较低,容易发生团聚,随着pH值增大,电位增大,不易发生团聚。当pH值过大时,溶液中OH-离子浓度增大,会与金属离子形成微溶氢氧化物,降低Zeta电位。pH值为2时颗粒分散性最好,尺寸最小,平均粒径为50 nm。对粉体成型工艺进行探索,得出最佳热压烧结温度和时间为750℃,保温保压2 h。改变柠檬酸与金属离子摩尔比,Ag50-Ni50纳米电接触材料的显微组织和性能发生变化。柠檬酸与金属离子摩尔比为2:1时,两相分布相对较为均匀,硬度值最大(212 HV)、屈服强度最高(971 MPa)、耐电压强度最大(3.13×106 V·m-1)。改变pH值Ag50-Ni50纳米电接触材料显微组织和性能发生显著改变。pH值为2时,样品分布最均匀,颗粒尺寸最小(400 nm),其硬度值最大(236 HV)、电阻率最低(3.44×10-6 Ω·cm)。pH值为0和2的样品均表现出较高的断裂强度和屈服强度。而pH值为2的样品存在着一定的差距(屈服强度为793 MPa,断裂强度为861 MPa),在使用时较为安全。且其耐压强度更高,且测试后表面更加光滑,抗电弧性能更好。相比于美国Advanced公司Ag-Ni40电接触材料,本实验Ag50-Ni50电接触材料硬度更高,电阻率更低,导电性更好。
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