银氧化锡复合材料的制备及性能研究

论文摘要

银氧化锡（AgSnO2）是以Ag为基体、SnO2为第二相的金属基复合材料,是目前替代有毒银氧化镉（AgCdO）触头材料中最有希望的一种。目前,国内、外对AgSnO2的制备方法、加工工艺、微量添加剂的应用、电弧作用下材料的组织结构变化等各方面展开了较广泛的研究。但是仍存在复合材料的均匀性和加工性能较差、电阻率较高的缺点,因此开展AgSnO2材料的制备及性能研究具有较为重要的实用和理论意义。 本文在紧密跟踪国际研究进展的基础上,首先以超声波化学镀法制备了具有核/壳包覆结构的超细/纳米AgSnO2复合粉末,对粉末的成分控制及包覆的均匀性进行了研究,并以SEM、EDS、XPS、激光粒度检测等手段对包覆均匀性进行了表征。之后通过粉末冶金法制备出AgSnO2复合材料,对影响粉末烧结组织与性能的各种因素进行了探讨,给出了超细复合粉末煅烧时形貌变化的机理,分析了其对粉末烧结过程的影响。阐明了纳米复合粉末烧结时特殊组织的形成机理,并总结出较好的纳米粉末烧结工艺。主要的研究结论如下: 通过化学镀时Ag的析出率可以控制复合粉末的成分,而Ag的析出率受化学镀工艺的影响。在以甲醛（HCHO）为还原剂的镀液中,NaOH的用量是影响Ag析出率的决定性因素,而水合肼（N2H4·H2O）作还原剂的镀液中,Ag的析出率主要取决于N2H4·H2O的浓度。粉末包覆均匀性与镀液的组成有关,HCHO比N2H·H2O作还原剂得到的粉末包覆均匀性更好;而活化预处理的粉末包覆均匀性不如未预处理的粉末。其原因与化学镀时Ag的形核长大机制有关。 在纳米AgSnO2复合粉末的制备中,采用粉末状的纳米SnO2为原料得到的是以纳米硬团聚形成的亚微米SnO2为核心,表面包覆Ag的复合粉末;而采用浆料状的纳米SnO2（平均粒度80nm）为原料,进行超声波化学镀,可以得到平均粒度140nm的Ag包覆纳米SnO2复合粉末,且包覆均匀性良好。 化学镀法制备出的超细AgSnO2粉末直接成形、烧结会出现鼓泡现象,其原因在于粉末表面吸附了可挥发性气体,通过对复合粉末进行400℃以上的煅烧处理,可以消除鼓泡现象。复合粉末烧结活性较差,烧结性能不高,其原因与煅烧时发生复合粉末颗粒长大、SnO2和Ag的分离且SnO2附着在复合粉末表面阻碍了烧结的进行有关。烧结体致密度主要受成形压力影响,而烧结温度和保温时间影响较小。粉末烧结组织中存在黑色条纹以及网络状缺陷,调整烧结工艺和粉末包覆工艺均不能消除这种缺陷组织,其原因在于烧结过程中SnO2和孔隙在晶界处的富集。超细复合粉末煅烧时形貌变化的原因与其粒度分布不均、复合粉末中颗粒之间互相联结形成烧结颈以及Ag对SnO2浸润性较差有关。通过化学沉积法添加WO3和Bi2O3+CuO,改变Ag和SnO2的界面性质能够减

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电触头材料简介
• 1.2.1 电触头材料的分类
• 1.2.1.1 银基材料
• 1.2.1.2 金基和铂族合金触头材料
• 1.2.1.3 钨基和钼基触头材料
• 1.2.1.4 铜基触头材料
• 1.2.2 常用电触头材料的制造方法
• 1.3 AgMeO电触头材料
• 1.3.1 AgCdO触头材料
• 1.3.2 AgZnO和AgCuO触头材料
• <sub>触头材料'>1.4 AgSnO_<sub>触头材料
• 2材料的性能'>1.4.1 AgSnO₂材料的性能
• 2材料的制备方法'>1.4.2 AgSnO₂材料的制备方法
• 1.4.2.1 内氧化法
• 1.4.2.2 粉末冶金法（烧结-挤压法）
• 2粉末的制备'>1.4.3 AgSnO₂粉末的制备
• 1.4.3.1 机械合金化法（Mechanical Alloying）
• 1.4.3.2 合金粉末预氧化法（IOAP）
• 1.4.3.3 反应合成法（Reaction Synthesis）
• 1.4.3.4 反应雾化法（Reaction Spray）
• 1.4.3.5 化学共沉积法（Co-precipitation）
• 1.4.3.6 化学镀法（Electroless Plating）
• 1.4.3.7 制备方法小结
• 2电触头材料上的应用'>1.4.4 添加剂在AgSnO₂电触头材料上的应用
• 2材料的研究进展'>1.4.5 纳米AgSnO₂材料的研究进展
• 2的材料可行性'>1.4.5.1 纳米AgSnO₂的材料可行性
• 2的制备工艺'>1.4.5.2 纳米AgSnO₂的制备工艺
• 1.5 超细粉末化学镀
• 1.5.1 化学镀基本原理
• 1.5.2 化学镀银的原理及方法
• 1.5.2.1 化学镀银的原理
• 1.5.2.2 化学镀银溶液的组成
• 1.5.2.3 影响化学镀银的因素
• 1.5.3 陶瓷粉体化学镀
• 1.5.4 纳米粉体化学镀
• 1.6 粉末的烧结
• 1.6.1 粉末压制成形
• 1.6.2 粉末的烧结
• 1.6.2.1 烧结的基本过程
• 1.6.2.2 粉末烧结理论
• 1.6.2.3 粉末烧结类型
• 1.6.2.4 影响烧结的因素
• 1.7 课题的提出与本文研究的内容
• 第二章 实验方法
• 2复合粉末的制备及检测'>2.1 超细／纳米AgSnO₂复合粉末的制备及检测
• 2.1.1 化学镀银的装置
• 2粉末'>2.1.2 原始SnO₂粉末
• 2粉末预处理'>2.1.3 SnO₂粉末预处理
• 2.1.4 化学镀银溶液的组成及配制方法
• 2复合粉末的制备方法'>2.1.5 AgSnO₂复合粉末的制备方法
• 2.1.6 粉末形貌观察及粒度检测
• 2.1.7 复合粉末的成分分析
• 2.1.8 粉末表面成分分析
• 2.1.9 粉末热特性分析
• 2粉末的烧结'>2.2 AgSnO₂粉末的烧结
• 2.2.1 粉末压制成形
• 2.2.2 粉末的烧结
• 2.2.3 收缩率及致密度测量
• 2.2.4 烧结体组织观察
• 2材料的制备及性能检测'>2.3 AgSnO₂材料的制备及性能检测
• 2.3.1 板材及线材的制备
• 2.3.2 形貌观察及成分分析
• 2.3.3 材料力学及物理性能检测
• 2.3.4 材料电弧侵蚀性能检测
• 2复合粉末的制备'>第三章 AgSnO₂复合粉末的制备
• 3.1 引言
• 2复合粉末的制备'>3.2 超细AgSnO₂复合粉末的制备
• 3.2.1 影响银析出率的因素
• 2粉末均匀性的研究'>3.2.2 AgSnO₂粉末均匀性的研究
• 3.2.3 粉末包覆均匀性的表征
• 2粉末制备工艺总结'>3.2.4 化学镀法超细AgSnO₂粉末制备工艺总结
• 2复合粉末的制备'>3.3 纳米AgSnO₂复合粉末的制备
• 2粉末制备AgSnO₂'>3.3.1 以纳米SnO₂粉末制备AgSnO₂
• 2浆料制备AgSnO₂'>3.3.2 以纳米SnO₂浆料制备AgSnO₂
• 3.4 后处理对复合粉末的影响
• 3.5 本章小结
• 2复合粉末的烧结'>第四章 超细AgsnO₂复合粉末的烧结
• 4.1 引言
• 2烧结时的鼓泡现象及其消除'>4.2 AgSnO₂烧结时的鼓泡现象及其消除
• 4.2.1 鼓泡现象及其影响因素
• 4.2.2 鼓泡现象的消除
• 2粉末烧结性能和组织的因素'>4.3 影响AgSnO₂粉末烧结性能和组织的因素
• 4.3.1 烧结工艺的影响
• 4.3.1.1 成型压力的影响
• 4.3.1.2 烧结温度和时间的影响
• 4.3.1.3 复压复烧的影响
• 4.3.2 粉末煅烧温度的影响
• 4.3.3 粉末表面杂质的影响
• 4.3.4 粉末制备工艺的影响
• 4.3.4.1 镀液组成的影响
• 2预处理的影响'>4.3.4.2 SnO₂预处理的影响
• 4.3.4.3 搅拌方式的影响
• 4.3.5 添加剂的影响
• 4.4 粉末煅烧时的变化及其对烧结过程的影响
• 4.4.1 煅烧对粉末形貌的影响
• 4.4.2 影响粉末煅烧形貌的因素
• 4.4.2.1 煅烧温度的影响
• 4.4.2.2 粉末制备工艺的影响
• 4.4.2.3 添加剂的影响
• 2粉末煅烧形貌的形成机制'>4.4.3 AgSnO₂粉末煅烧形貌的形成机制
• 2烧结过程及组织形成机理'>4.4.4 AgSnO₂烧结过程及组织形成机理
• 4.5 本章小结
• 2粉末的烧结'>第五章 纳米AgSnO₂粉末的烧结
• 5.1 引言
• 2粉末的影响'>5.2 煅烧对纳米AgSnO₂粉末的影响
• 2烧结性能的影响'>5.3 烧结工艺对纳米AgSnO₂烧结性能的影响
• 5.3.1 常压烧结的影响
• 5.3.1.1 成型压力的影响
• 5.3.1.2 烧结温度的影响
• 5.3.1.3 烧结时间的影响
• 5.3.1.4 复压复烧的影响
• 5.3.2 热压烧结的影响
• 5.3.3 真空烧结的影响
• 2的烧结组织及其影响因素'>5.4 纳米AgSnO₂的烧结组织及其影响因素
• 5.4.1 常压烧结的组织
• 2烧结组织的因素'>5.4.2 影响纳米AgSnO₂烧结组织的因素
• 5.4.2.1 成型压力的影响
• 5.4.2.2 烧结温度的影响
• 5.4.2.3 烧结时间的影响
• 5.4.2.4 热压烧结的影响
• 5.4.2.5 真空烧结的影响
• 5.4.3 内部纯银区区和表面纯银层的形成机理
• 5.4.3.1 内部纯银区的形成机理
• 5.4.3.2 表面纯银白亮层的形成机制
• 2烧结组织及性能的改进'>5.5 纳米AgSnO₂烧结组织及性能的改进
• 5.6 本章小结
• 2材料的组织与性能'>第六章 AgsnO₂材料的组织与性能
• 6.1 引言
• 2板材的组织及性能'>6.2 超细AgSnO₂板材的组织及性能
• 2板材的性能'>6.2.1 超细AgSnO₂板材的性能
• 2板材的组织'>6.2.2 超细AgSnO₂板材的组织
• 2丝材的组织及性能'>6.3 超细AgSnO₂丝材的组织及性能
• 2丝材的性能'>6.3.1 超细AgSnO₂丝材的性能
• 2丝材的组织'>6.3.2 超细AgSnO₂丝材的组织
• 2材料的侵蚀'>6.3.3 电弧对超细AgSnO₂材料的侵蚀
• 2线材的组织与性能'>6.4 纳米AgSnO₂线材的组织与性能
• 2线材的性能'>6.4.1 纳米AgSnO₂线材的性能
• 2线材的组织'>6.4.2 纳米AgSnO₂线材的组织
• 2材料的侵蚀'>6.4.3 电弧对纳米AgSnO₂材料的侵蚀
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文结论
• 参考文献
• 本文创新成果
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢