李维建:TCO_p/Cu电触头材料界面润湿性设计及抗电弧烧蚀性能论文

李维建:TCO_p/Cu电触头材料界面润湿性设计及抗电弧烧蚀性能论文

本文主要研究内容

作者李维建(2019)在《TCO_p/Cu电触头材料界面润湿性设计及抗电弧烧蚀性能》一文中研究指出:铜基电触头材料是低压电器用电触头材料节银环保的重要发展方向。铜基材料作为电触头材料最大的障碍在于其抗氧化性差造成的接触状态的不稳定性,对开发新型铜基电触头的设计提出更高的要求。目前解决接触状态不稳定的关键所在是调控第二相与基体之间的润湿性。本文将透明导电氧化物颗粒(TCOp)引入铜基电触头材料中,围绕TCOp/Cu界面润湿性的问题,采用第一性原理计算方法对TCOp/Cu电触头材料进行设计,并通过粉末冶金方法制备了TCOp/Cu基电触头材料,系统研究了界面润湿性对材料致密化程度和烧结特性以及抗烧蚀性能的影响。利用第一性原理方法研究了TCOp/Cu界面润湿性。通过对SnO2进行掺杂,研究了二元TCOp/Cu界面结合特性。低价掺杂能够诱导界面处形成更多的Cu-O键,表现出更强的亲和力,对于界面润湿性有着提高作用。二元TCOp对界面润湿性的影响与氧化物本身中的缺陷类型有关,受主掺杂产生的电子空穴对界面稳定性起到提高作用,施主掺杂提供多余电子降低了界面稳定性。低价掺杂产生的电子空穴促进了界面处Cu与O之间的电荷转移,界面由离子键向混合离子-共价键的转变。Zn2SnO4/Cu界面分离功的计算结果发现,Zn2SnO4与Cu之间表现出更高的界面稳定性。键长计算显示,界面处Cu-O键强于SnO2/Cu和二元TCOp/Cu界面处Cu-O键,并且Cu-O键具有一定的方向性,即界面处Cu和O原子形成以O原子为中心的四面体结构。Zn2SnO4/Cu界面处态密度、电荷密度和差分电荷密度的研究表明,Cu与O原子之间的电荷转移形成混合离子-共价键,从而提高界面润性。Zr合金元素对TCOp/Cu界面结合特性的影响的研究发现,Zr的添加均可提高TCOp/Cu界面结合强度。高温座滴实验中金属液滴在Zn2SnO4基板上铺展,形成的润湿角明显低于属液滴与SnO2之间的润湿角,表明Zn2SnO4能够有效提高界面润湿性,验证了第一性原理计算方法对TCOp/Cu界面分离功和润湿性研究的正确性和可靠性。基于第一性原理的研究结果,采用粉末冶金方法制备了TCOp/Cu复合材料。对不同压制压力所制备的TCOp/Cu电触头材料压坯在950°C进行烧结后发现,随着初压压力的上升,烧结件的收缩程度逐渐降低,确定了初压的最优压制压力为250300 MPa以及热挤压-轧制的后续处理工艺。润湿性对致密化程度和烧结特性的研究结果表明,低价掺杂的SnO2和三元TCOp能够促进压坯的强化烧结及提高致密度。Cu2+掺杂的SnO2,Zn2SnO4及Bi2Sn2O7与Cu颗粒在粘接面处形成烧结颈,烧结颈的形成表明低价掺杂的SnO2和三元TCOp能够有效调控和改善SnO2与Cu之间的润湿性。二元TCOp及三元TCOp对SnO2/Cu的致密化程度的影响规律与第一性原理计算结果一致,表明利用第一性原理方法计算界面润湿性可以有效预测陶瓷增强铜基电触头材料的烧结特性,为铜基电触头材料的制备提供设计原则。在电弧作用下,电触头表面形貌发生较大变化,主要为液桥断裂形成岛状突起,气体逸出产生孔洞、电磁搅拌形成烧蚀坑以及急冷组织。Cu电触头材料在烧蚀过程中,氧容易在晶界扩散,在晶粒外形成导电性差的氧化物膜,导致接触电阻急剧升高并发生熔焊失效现象,添加Sn基氧化物能够有效提高电触头的抗熔焊性。触头表面SnO2及Cu2+掺杂的SnO2的分布状态的分析表明,对SnO2进行低价掺杂能提高陶瓷相与基体之间的润湿性,在一定程度上改善了触头表面的接触特性。Zn2SnO4/Cu电弧烧蚀行为的研究表明,Zn2SnO4能够显著提高铜基电触头材料的抗电弧烧蚀性能,具有更稳定的接触电阻及较低的质量损失。Zn2SnO4/Cu界面良好的润湿性保证了材料表面熔池中Zn2SnO4均匀分布,有效提高材料的抗烧蚀性能。对Zn2SnO4/Cu电触头材料的抗电弧烧蚀性的机制研究表明,在电弧作用下表面形成熔池,熔池中吸收氧气,Zr优先氧化,所形成的的Zr的氧化物及Zn2SnO4能够提高熔池粘度,提高了电触头材料的接触稳定性。因此Zn2SnO4/Cu材料有望作为新型铜基电触头材料应用于低压电器,此外,基于第一性原理对相界面润湿性的计算,建立了界面润湿性与TCOp/Cu电触头材料抗烧蚀性能之间的联系,为新型铜基电触头材料的设计提供更简便有效的途径。

Abstract

tong ji dian chu tou cai liao shi di ya dian qi yong dian chu tou cai liao jie yin huan bao de chong yao fa zhan fang xiang 。tong ji cai liao zuo wei dian chu tou cai liao zui da de zhang ai zai yu ji kang yang hua xing cha zao cheng de jie chu zhuang tai de bu wen ding xing ,dui kai fa xin xing tong ji dian chu tou de she ji di chu geng gao de yao qiu 。mu qian jie jue jie chu zhuang tai bu wen ding de guan jian suo zai shi diao kong di er xiang yu ji ti zhi jian de run shi xing 。ben wen jiang tou ming dao dian yang hua wu ke li (TCOp)yin ru tong ji dian chu tou cai liao zhong ,wei rao TCOp/Cujie mian run shi xing de wen ti ,cai yong di yi xing yuan li ji suan fang fa dui TCOp/Cudian chu tou cai liao jin hang she ji ,bing tong guo fen mo ye jin fang fa zhi bei le TCOp/Cuji dian chu tou cai liao ,ji tong yan jiu le jie mian run shi xing dui cai liao zhi mi hua cheng du he shao jie te xing yi ji kang shao shi xing neng de ying xiang 。li yong di yi xing yuan li fang fa yan jiu le TCOp/Cujie mian run shi xing 。tong guo dui SnO2jin hang can za ,yan jiu le er yuan TCOp/Cujie mian jie ge te xing 。di jia can za neng gou you dao jie mian chu xing cheng geng duo de Cu-Ojian ,biao xian chu geng jiang de qin he li ,dui yu jie mian run shi xing you zhao di gao zuo yong 。er yuan TCOpdui jie mian run shi xing de ying xiang yu yang hua wu ben shen zhong de que xian lei xing you guan ,shou zhu can za chan sheng de dian zi kong xue dui jie mian wen ding xing qi dao di gao zuo yong ,shi zhu can za di gong duo yu dian zi jiang di le jie mian wen ding xing 。di jia can za chan sheng de dian zi kong xue cu jin le jie mian chu Cuyu Ozhi jian de dian he zhuai yi ,jie mian you li zi jian xiang hun ge li zi -gong jia jian de zhuai bian 。Zn2SnO4/Cujie mian fen li gong de ji suan jie guo fa xian ,Zn2SnO4yu Cuzhi jian biao xian chu geng gao de jie mian wen ding xing 。jian chang ji suan xian shi ,jie mian chu Cu-Ojian jiang yu SnO2/Cuhe er yuan TCOp/Cujie mian chu Cu-Ojian ,bing ju Cu-Ojian ju you yi ding de fang xiang xing ,ji jie mian chu Cuhe Oyuan zi xing cheng yi Oyuan zi wei zhong xin de si mian ti jie gou 。Zn2SnO4/Cujie mian chu tai mi du 、dian he mi du he cha fen dian he mi du de yan jiu biao ming ,Cuyu Oyuan zi zhi jian de dian he zhuai yi xing cheng hun ge li zi -gong jia jian ,cong er di gao jie mian run xing 。Zrge jin yuan su dui TCOp/Cujie mian jie ge te xing de ying xiang de yan jiu fa xian ,Zrde tian jia jun ke di gao TCOp/Cujie mian jie ge jiang du 。gao wen zuo di shi yan zhong jin shu ye di zai Zn2SnO4ji ban shang pu zhan ,xing cheng de run shi jiao ming xian di yu shu ye di yu SnO2zhi jian de run shi jiao ,biao ming Zn2SnO4neng gou you xiao di gao jie mian run shi xing ,yan zheng le di yi xing yuan li ji suan fang fa dui TCOp/Cujie mian fen li gong he run shi xing yan jiu de zheng que xing he ke kao xing 。ji yu di yi xing yuan li de yan jiu jie guo ,cai yong fen mo ye jin fang fa zhi bei le TCOp/Cufu ge cai liao 。dui bu tong ya zhi ya li suo zhi bei de TCOp/Cudian chu tou cai liao ya pi zai 950°Cjin hang shao jie hou fa xian ,sui zhao chu ya ya li de shang sheng ,shao jie jian de shou su cheng du zhu jian jiang di ,que ding le chu ya de zui you ya zhi ya li wei 250300 MPayi ji re ji ya -ga zhi de hou xu chu li gong yi 。run shi xing dui zhi mi hua cheng du he shao jie te xing de yan jiu jie guo biao ming ,di jia can za de SnO2he san yuan TCOpneng gou cu jin ya pi de jiang hua shao jie ji di gao zhi mi du 。Cu2+can za de SnO2,Zn2SnO4ji Bi2Sn2O7yu Cuke li zai nian jie mian chu xing cheng shao jie geng ,shao jie geng de xing cheng biao ming di jia can za de SnO2he san yuan TCOpneng gou you xiao diao kong he gai shan SnO2yu Cuzhi jian de run shi xing 。er yuan TCOpji san yuan TCOpdui SnO2/Cude zhi mi hua cheng du de ying xiang gui lv yu di yi xing yuan li ji suan jie guo yi zhi ,biao ming li yong di yi xing yuan li fang fa ji suan jie mian run shi xing ke yi you xiao yu ce tao ci zeng jiang tong ji dian chu tou cai liao de shao jie 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jian bian you xiao de tu jing 。

论文参考文献

  • [1].掺杂SnO2-Al2O3/Cu新型纳米复合电触头材料的制备及性能研究[D]. 陆东梅.河北工业大学2017
  • [2].Ag-SnO2和Ag-Ni电触头材料微结构调控与性能研究[D]. 林智杰.东北大学2017
  • [3].超高压CuW/CuCr整体电触头材料的研究[D]. 杨晓红.西安理工大学2009
  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的李维建,发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文,是一篇关于铜基电触头材料论文,导电氧化物论文,第一性原理论文,界面润湿性论文,致密化论文,电弧烧蚀论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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