论文题目: 新型铜基无银弱电接触材料的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 钱宝光
导师: 耿浩然
关键词: 电触头材料,粉末冶金,稀土,高能球磨,热压工艺
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 触头元件是开关电器中的关键元件,开关电器的主要性能以及寿命在很大程度上决定于触头材料的好坏。随着开关电器制造水平的不断提高,品种的不断增加,特别是由于节约银等贵金属、保护其枯竭的自然资源的需要,节银电触头材料的研究受到人们的高度重视。 理想的电触头材料必须满足物理性能、力学性能、电接触性能、化学性能、加工制造性能等多方面的要求,这些要求是多样的,而且有些性能要求是相互矛盾的,因而一种单一材料能具有这些要求几乎是不可能的。为此,通常是采用粉末冶金的方法,把性能不同而又不能相互溶解或溶解度很小的两种或多种金属或合金组合在一起,制成复合材料,来实现上述主要性能要求,并获得最佳的综合性能。 本文根据电触头性能的要求,在铜基体内添加多种组元,采用粉末冶金工艺,研制出一种新型的高性能铜基无银电触头复合材料。该材料具有较高的导电率、较好的抗氧化性和抗熔焊性、较低的接触电阻以及良好的力学性能,满足了低中压电器中电触头的使用要求,可以替代目前广泛使用的银基电触头材料,同时还可提高开关电器的使用性能,大大降低电触头元件的成本。 电触头材料要求具有很好的抗电烧蚀和抗熔焊性能,但纯铜很难达到该种要求,这就需要选择一种低熔点组元,在铜的熔化温度以下,这种组元物质容易比铜先氧化、燃烧或蒸发,且形成的氧化物易于分解,分解时将消耗电弧能量使电弧容易熄灭,过剩的氧被逐出,形成小孔或微孔,这种多孔结构有利于触头的抗熔焊性。本文选择Sn、Cd、Zn、Bi、Sb为低熔点组元,对材料进行了电性能和氧化试验,结果显示,以Cd为低熔点组元的电接触材料的导电性能最佳,但Cd蒸汽具有毒性。Bi在电导率和接触电阻方面表现出来的综合性能要好一些。综合考虑Bi对各性能的影响,确定Bi的加入量为2%。 为提高铜基体的力学性能,增加其硬度,提高其耐磨性和抗熔焊性,需要含有高熔点、高硬度组元,使之与铜基体复合后具有良好的电性能和力学性能。选择WC、TiC、B4C作为高熔点、高硬度组元,通过对加入这些组元试样的导电性和硬度比较可知,B4C颗粒所表现出的性能最好。对B4C不同含量对材料性能的影响的研究表明,在铜基复合材料中加入B4C可提高材料的硬度和耐磨性,但加入量超过3%时,试样的硬度有下降的趋势,耐磨性随着
论文目录:
摘要
ABSTRACT
本文的主要创新点
第1章 绪论
1.1 本课题研究的背景、目的和意义
1.2 电接触材料的研究应用现状及进展
1.2.1 电触头材料的类型
1.2.2 研究应用现状及进展
1.2.2.1 Cu-W系电触头材料
1.2.2.2 Ag-W系电触头材料
1.2.2.3 Ag-Cd0电触头材料
1.2 2.4 Ag-Ni、Ag-石墨电触头材料
1.2.2.5 Cu-Be、Cu-Cr系电触头材料
1.2.3 电触头材料的制备工艺
1.2.3.1 混粉烧结法
1.2.3.2 熔渗法(浸渍法)
1.2.3.3 合金内氧法
1.2.3.4 几种新的制造工艺
1.3 节银无银触头材料的研究现状
1.3.1 节银触头材料
1.3.2 铜基无银触头材料
1.4 国内外对电触头材料理论的研究进展
1.5 稀土元素在 Cu及其合金中应用的研究
1.6 高能球磨工艺的发展与应用
1.7 本课题的研究内容
第2章 研究方案与实验方法
2.1 技术路线
2.2 实验设备与方法
2.2.1 实验设备
2.2.2 实验方法
2.2.2.1 密度测量
2.2.2.2 电性能测试
2.2.2.3 硬度测试
2.2.2.4 耐磨性试验
2.2.2.5 金相组织试验
2.2.2.6 电性能强化试验
第3章 复合材料成分设计
3.1 概述
3.2 材料的成分确定
3.2.1 低熔点组元的确定
3.2.1.1 电性能
3.2.1.2 氧化性能
3.2.2 高熔点、高硬度组元的确定
3.2.2.1 电性能
3.2.2.2 硬度
3.2.3 B_4C的含量对材料性能的影响
3.2.3.1 B_4C对材料力学性能的影响
3.2.3.2 B_4C量与氧化性、导电性的数学关系
3.2.4 稀土元素的加入
3.3 小结
第4章 制备工艺对触头复合材料性能的影响
4.1 混粉烧结法工艺的研究
4.1.1 混粉
4.1.2 一次压制
4.1.3 一次烧结
4.1.4 二次压制
4.1.5 二次烧结
4.2 真空热压烧结工艺的研究
4.2.1 真空热压工艺的致密化机理
4.2.2 真空热压烧结工艺流程
4.2.3 真空热压烧结的工艺参数的确定
4.3 高能球磨工艺对电触头材料性能的影响
4.3.1 实验设计
4.3.2 性能分析
4.3.2.1 电性能
4.3.2.2 抗氧化性能
4.3.2.3 硬度和耐磨性
4.3.3 微观组织结构分析
4.4 混粉烧结与热压烧结试样性能和组织对比
4.4.1 试样成分设计
4.4.2 性能对比
4.4.2.1 密度
4.4.2.2 电阻
4.4.2.3 硬度
4.4.2.4 抗氧化性能
4.4.2.5 抗电弧侵蚀和熔焊性能
4.4.2.6 金相组织对比
4.5 小结
第5章 稀土对电触头复合材料性能的影响
5.1 概述
5.2 稀土不同含量对电触头性能的影响
5.2.1 抗氧化性能
5.2.2 电阻率
5.2.2.1 稀土加入量对电阻率的影响
5.2.2.2 温度对电阻率的影响
5.2.3 力学性能
5.2.4 抗熔焊性
5.3 稀土作用机理的分析
5.3.1 稀土在铜基体内的分布状态
5.3.2 稀土对铜的细化变质作用
5.4 小结
第6章 新材料组织性能及分析
6.1 导电性能
6.1.1 导电性能分析
6.1.1.1 金属电阻的本质来源
6.1.1.2 金属的电导率公式
6.1.1.3 多相合金的导电规律
6.1.2 铜基电触头复合材料的常温导电性分析
6.2 接触电阻
6.2.1 接触电阻的简单模型
6.2.2 实际接触面的接触电阻
6.2.3 接触面的膜层电阻
6.2.4 新材料接触电阻的定性分析
6.3 抗电弧侵蚀及抗熔焊性能
6.3.1 抗电弧侵蚀、抗熔焊性能对比及分析
6.3.2 理论分析
6.4 抗氧化性能
6.4.1 对比试验
6.5 力学性能
6.5.1 硬度
6.5.2 耐磨性
6.6 本章小结
第7章 结论
参考文献
攻读博士期间撰写和发表的学术论文
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2006-05-30
参考文献
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- [2].银/导电陶瓷复合电接触材料电弧损耗特性的光谱研究[D]. 刘雪燕.山东大学2008
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