SnO2粉体及Ag-SnO2电触头材料的制备研究

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Ag-SnO2电触头材料由于具有良好的耐电弧侵蚀性能;增强相SnO2具有良好的热稳定性,高温下不易分解;多次电弧冲击,材料转移量少,使用寿命长等优点而被视为代替有毒Ag/CdO的理想电触头材料。国内外研究者对Ag-SnO2电触头材料做了大量的研究,主要围绕不同尺度SnO2的制备、Ag与SnO2的复合工艺、添加剂的应用、材料的加工成型工艺、电弧作用下材料组织的变化等进行。而研究结果表明单分散、细小微米级别的SnO2球形粉最有利于制备性能优良的Ag-SnO2电触头材料,但目前国内关于球形粉体的制备还不够成熟,或者制备工艺不能满足工业化大批量生产的要求。因此开展SnO2近球形粉体及Ag-SnO2电触头材料的制备研究,对电触头领域发展有着较为重要的实用和理论意义。实验中,本着工艺简单,且容易大批量生产的原则,分别以SnCl2·2H2O、SnSO4、 Na2SnO3为锡源,通过改变反应物浓度、沉淀剂类型、混合方式、煅烧温度等制备参数,对球形SnO2粉体的制备做了相关研究;将制备的SnO2粉体与Ag复合,制备出Ag-SnO2(10)电触头材料,对电触头材料大塑性变形过程中组织的变化及最终性能进行表征测试,最终得到以下结论:(1)以SnCl2·2H2O为锡源,H2C2O4为沉淀剂,分别配制0.1mol/L和0.2mol/L的水溶液,将SnCl2溶液倒入H2C2O4溶液,离心、洗涤,对得到的沉淀物于80℃烘干24h得到前驱体。前驱体于1300℃煅烧3h可以制得1-5μm的近球形SnO2粉体;(2)以SnSO4为锡源,H2C2O4为沉淀剂,分别配制0.1mol/L和0.2mol/L的水溶液,将SnSO4溶液倒入H2C2O4溶液,对混合物进行多次离心洗涤,对得到的沉淀物于80℃烘干24h得到前驱体。前驱体于1300℃煅烧3h可以制得1-5μm的近球形SnO2粉体;(3)以Na2SnO3为锡源配制0.1mol/L的水溶液,分别与0.2mol/L的H3PO4、 H2SO4、HNO3水溶液反应,控制反应PH=7,对混合物进行多次离心洗涤,对得到的沉淀物于80℃烘干24h得到前驱体。前驱体于1300℃煅烧3h得到SnO2,当Na2SnO3与H3PO4反应时,可以得到1-10μm的SnO2近球形粉;(4)将SnSO4于1300℃直接煅烧3h也可以得到1-51μm的近球形SnO2粉体;(5)采用化学包覆工艺能够得到结合紧密、包覆完整的Ag-SnO2复合粉末,但粉体中存在挥发性气体,不易除去,导致制备的试样在烧结时出现体积膨胀,试样密度较低,但复压复烧工艺可以明显提高试样致密度;(6)采用热挤压、冷拉拔配合中间道次退火工艺,可以制备出直径为1.40mmm的Ag-SnO2丝材,材料塑性良好,容易加工;材料在加工过程中发生累计大塑性变形,增强相沿着变形方向重新分布且进一步分散,丝材横断面具有更高的硬度。同时,大塑性变形也使材料更加致密;(7)对所制备的四种Ag-SnO2电触头材料进行性能测试,发现以直接煅烧所制备的Ag-SnO2电触头材料样品性能更加优异,硬度(HV)为96.3,电阻率为2.096μΩ·cm,抗拉强度为252.099MPa,延伸率为18.09%,并且在电弧侵蚀实验中材料转移量最少。
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