Al2O3/Cu复合材料耐电击穿性能的研究

论文摘要

本研究以Al2O3/Cu复合材料为研究对象,采用外加氧化铝颗粒方式制备Al2O3/Cu复合材料。探讨了氧化物第二相粒子的尺寸、数量和分布对电弧运动特性的作用,揭示了显微组织对Al2O3/Cu复合材料耐电弧烧蚀的影响机理。经过对比研究了显微组织与材料性能的关系,进一步研究了材料在真空高电压中的电击穿现象,明确了阴极斑点运动特征和组织性能之间的关系,并对影响耐电压强度及截流值等电学性能的重要因素进行了分析。通过研究可得到以下结论:Al2O3粒子越小,材料的硬度越大,而电导率略有下降。粒子含量越高,材料的硬度陡升而电导率陡降。随着粒子的分布均匀性的提高材料的硬度和电导率都一定的提高。随着球磨时间的提高,材料的均匀性有所改善,但时间过长,纳米级粒子又会出现团聚和分布不均匀的现象。随着Al2O3粒径的减小,材料的耐电压强度明显增大,电弧寿命延长,截流值减小;随着粒子含量的增大,耐电压强度先升有降,而电弧寿命先延长后缩短,截流值一直减小;随着粒子分布均匀性的提高,材料的耐电压击穿性能得到改善。从烧蚀的表现来看,材料的烧蚀程度是和粒子的大小、浓度和分布均匀性有很大关系。在一定浓度范围内,粒子越小,分布越均匀,烧蚀程度越轻,烧蚀面积增大,蚀坑明显变浅;但含量过高,粒子间距过小,会引起集中烧蚀,烧蚀面积较小且蚀坑较深。根据电弧产生机理和运动行为的理论,认为电弧的能量、运动方式和表面微区熔体的性质是影响烧蚀的主要因素。当电弧可以在多个微区同时产生时,电弧可以快速运动,从中心向外铺展。如果各“优先击穿微区”间距过大,电弧会滞留,过小会汇聚成单根高能量的电弧,从而产生集中烧蚀。从表面熔体性质的角度来看,增大熔体粘度可以在一定程度上减轻烧蚀程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 触头材料的耐电击穿性能的研究现状
• 1.1.2 氧化物/金属体系触头材料的耐电击穿性能的研究现状
• 1.2 真空电击穿、真空电弧和真空电弧烧蚀
• 1.2.1 真空击穿
• 1.2.2 真空电弧
• 1.2.3 真空电弧烧蚀
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 2 材料的制备及实验方法
• 2.1 材料的制备
• 2.1.1 原料的选择
• 2.1.2 工艺流程
• 2.2 材料制备中的工艺问题
• 2.2.1 氧化铝粉末的预处理
• 2.2.2 氧化铝粒子的形貌观察
• 2.2.3 氧化铝颗粒在铜基体的分散
• 2.2.4 材料的致密性问题
• 2.3 金相试样的制备
• 2.4 材料的物理性能测试
• 2.4.1 硬度测试
• 2.4.2 电导率测试
• 2.4.3 致密度测试
• 2.5 真空击穿试验
• 2.5.1 实验电路和测量方法
• 2.5.2 耐电压强度的测量
• 2.5.3 截流值和电弧寿命的测量
• 2.6 主要实验设备
• 2O₃/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响'>3 氧化铝粒子大小对Al₂O₃/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响
• 3.1 试样制备
• 3.2 金相组织观察
• 3.3 物理性能
• 3.4 真空电击穿试验结果及分析
• 2O₃/Cu复合材料的耐电弧烧蚀行为的特点'>3.4.1 Al₂O₃/Cu复合材料的耐电弧烧蚀行为的特点
• 3.4.3 100次真空电击穿实验的结果及分析
• 3.5 本章主要结论
• 2O₃/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响'>4 氧化铝含量对Al₂O₃/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响
• 4.1 试样制备
• 4.2 金相组织观察
• 4.3 物理性能
• 4.4 真空击穿试验结果及分析
• 4.4.1 氧化铝的含量对材料的耐电压强度、截流值和电弧寿命的影响
• 2O₃/Cu复合材料电弧烧蚀的影响'>4.4.2 增强粒子的含量对Al₂O₃/Cu复合材料电弧烧蚀的影响
• 4.5 本章主要结论
• 2O₃/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响'>5 氧化铝的分布对Al₂O₃/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响
• 5.1 试样制备
• 5.2 金相组织观察及均匀性分析
• 5.2.1 金相组织分析
• 5.2.2 均匀性的定量分析
• 2O₃/Cu均匀性计算及分析'>5.2.3 Al₂O₃/Cu均匀性计算及分析
• 5.4 真空击穿试验结果及分析
• 5.4.1 增强粒子的分布对材料的耐电压强度、截流值和电弧寿命的影响
• 2O₃/Cu复合材料电弧烧蚀的影响'>5.4.2 增强粒子的分布均匀性对Al₂O₃/Cu复合材料电弧烧蚀的影响
• 5.5 本章主要结论
• 6. 结论
• 致谢
• 参考文献