一种银基导电陶瓷电接触合金及其制备方法

摘要

本发明提供了一种银基导电陶瓷电接触合金，通过将含Ba2+、Pb2+、稀土元素的草酸盐粉末煅烧得到掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末，然后将掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末与银粉混合，经压制‑烧结‑挤压工艺制备得到。本发明还公开了上述电接触合金的制备方法。本发明通过稀土元素的有效掺杂提高了铅酸钡的导电性，降低了触头合金体电阻；同时第二相铅酸钡具有优良的导电性，解决了传统的银基电接触材料第二相导电性差而导致的在电弧侵蚀中接触电阻大、温升高、氧化物损耗大的问题，提高了银基导电陶瓷电接触合金的耐电弧侵蚀性。此外，本发明方法降低了常规机械混粉时氧化物团聚的问题，提高了电接触合金的性能。

权利要求

1.一种银基导电陶瓷电接触合金，其特征在于，通过将含Ba2+、Pb2+、稀土元素的草酸盐粉末煅烧得到掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末，然后将掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末与银粉混合，经压制-烧结-挤压工艺制备得到；

所述草酸盐粉末中Ba、稀土元素与Pb原子比95～99:5～1:100，稀土元素为La、Y中的一种或者两者的混合；

所述掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末和银粉的质量百分比为：掺杂有稀土元素BaPbO3黑色粉末80％～90％，银粉10％～20％，以上组分质量百分比之和为100％。

2.一种银基导电陶瓷电接触合金的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，制备含Ba2+、Pb2+、稀土元素的草酸盐粉末：

1.1将Ba(CH3COO)2、Pb(CH3COO)2和稀土元素的盐，充分溶解于蒸馏水中，得到含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液，混合溶液中Ba、稀土元素与Pb原子比95～99:5～1:100；Pb(CH3COO)2与蒸馏水的质量体积比为1:10～15g/ml；

1.2将草酸溶液缓慢滴入含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液中，不断搅拌至反应完全，得到白色草酸盐沉淀；过滤，洗涤，至pH值在5～7；将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中在80～

90℃干燥，直到水分蒸发；然后将所得的干燥粉末研磨细化，即得干燥的草酸盐白色粉末；

步骤2，制备掺杂有稀土元素的BaPbO3粉末：

将步骤1得到的草酸盐粉末放入马弗炉中，煅烧、研磨细化，得到掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末；

步骤3，制备银-导电陶瓷混合体：

将步骤2中所制备的掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末和银粉机械混合，掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末和银粉的质量百分比为：掺杂有稀土元素BaPbO3黑色粉末80％～90％，银粉10％～20％，以上组分质量百分比之和为100％，混合后进行退火处理，得到银-导电陶瓷混合体；

步骤4，合金制备：

将步骤3中得到的银-导电陶瓷混合体采用传统的压制-烧结-挤压工艺制备银基导电陶瓷电接触合金。

3.根据权利要求2所述的一种银基导电陶瓷电接触合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中稀土元素的盐为La(NO3)3、Y(NO3)3中的一种或者两者的混合。

4.根据权利要求2所述的一种银基导电陶瓷电接触合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中草酸溶液的质量分数为5％～8％，草酸溶液与含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液的体积比为2～2.5:3。

5.根据权利要求2所述的一种银基导电陶瓷电接触合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中煅烧温度为550～650℃，煅烧时间为2～3小时；步骤3中退火温度为400～600℃，处理时间为1～2h。

说明书

一种银基导电陶瓷电接触合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料制备技术领域，涉及一种银基导电陶瓷电接触合金，本发明还涉及上述银基导电陶瓷电接触合金的制备方法。

背景技术

[0002] 在目前市场中，AgSnO2电接触合金是低压电器中常用的触头材料，在各类继电器、断路器中有着广泛的应用。但由于二氧化锡导电性能较差，影响了银基电接触合金的导电性能，同时银与二氧化锡之间的润湿性较差，触头在电弧多次作用下，氧化物颗粒易被银排挤出并聚集于触头表面，增大触头合金的接触电阻；并且二氧化锡硬度较大，不利于电接触合金的加工。所以人们在探索其他的材料来代替二氧化锡作为第二相，改善银基触头材料的导电性能和加工性能。

[0003] 导电陶瓷具有导电性好、化学性能稳定、抗腐蚀、耐高温等特点，在某些方面是金属导电材料无法替代的，因此导电陶瓷的研究日益得到重视，应用也越来越广泛。BaPbO3是一种新型的多功能导电陶瓷，具有优良的导电性和高温PTC效应，人们利用它的优异导电性做成薄膜和复合材料，提高材料的导电性和其他综合性能；利用其高温PTC效应，做成各种大功率、高温发热体和电流控制元件及高温传感器等，现已在陶瓷电极、导电材料、抗蚀颜料和烧结电阻器中均有应用。目前国内外有很多运用其他材料作为银基触头材料第二相的方法，例如：1)专利《一种银基导电陶瓷电触头材料及其制备方法》(申请号CN201410434116.6，公开号CN104164586A，公开日2014-11-26)；2)专利《一种银基电触头复合材料及其制备方法》(申请号CN201510983345.8，公开号CN105428097A，公开日2016-03-23)；3)专利《新型银基电接触复合材料及其制备方法》(申请号CN201510755210.6，公开号CN105385877A，公开日2016-03-09；4)专利《一种银基六元合金电接触材料及其制备方法》(申请号CN201210086663.0，公开号CN102618746A，公开日2012-08-01)。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种银基导电陶瓷电接触合金，解决了现有银基电接触材料由于二氧化锡导电性差导致在电弧侵蚀中接触电阻大、温升高、氧化物损耗大的问题。

[0005] 本发明的另一目的是提供上述银基导电陶瓷电接触合金的制备方法。

[0006] 本发明所采用的技术方案是，通过将含Ba2+、Pb2+、稀土元素的草酸盐粉末煅烧得到掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末，然后将掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末与银粉混合，经压制-烧结-挤压工艺制备得到。

[0007] 本发明的特点还在于，

[0008] 草酸盐粉末中Ba、稀土元素与Pb原子比95～99:5～1:100，稀土元素为La、Y中的一种或者两者的混合。

[0009] 掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末和银粉的质量百分比为：掺杂有稀土元素BaPbO3黑色粉末80％～90％，银粉10％～20％，以上组分质量百分比之和为100％。

[0010] 本发明所采用的另一技术方案是，一种银基导电陶瓷电接触合金的制备方法，具体按以下步骤实施：

[0011] 步骤1，制备含Ba2+、Pb2+、稀土元素的草酸盐粉末：

[0012] 步骤2，制备掺杂有稀土元素的BaPbO3粉末：

[0013] 将步骤1得到的草酸盐粉末放入马弗炉中，煅烧、研磨细化，得到掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末；

[0014] 步骤3，制备银-导电陶瓷混合体：

[0015] 将步骤2中所制备的掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末和银粉机械混合，混合后进行退火处理，得到银-导电陶瓷混合体。

[0016] 步骤4，合金制备：

[0017] 将步骤3中得到的银-导电陶瓷混合体采用传统的压制-烧结-挤压工艺制备银基导电陶瓷电接触合金。

[0018] 本发明的特点还在于，

[0019] 步骤1具体为：

[0020] 1.1将Ba(CH3COO)2、Pb(CH3COO)2和稀土元素的盐，充分溶解于蒸馏水中，得到含Ba2+ 2+、Pb 、稀土元素的混合溶液；

[0021] 1.2将草酸溶液缓慢滴入含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液中，不断搅拌至反应完全，得到白色草酸盐沉淀；过滤，洗涤，至pH值在5～7；将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中在80～90℃干燥，直到水分蒸发；然后将所得的干燥粉末研磨细化，即得干燥的草酸盐白色粉末。

[0022] 含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液中Ba、稀土元素与Pb原子比95～99:5～1:100；Pb(CH3COO)2与蒸馏水的质量体积比为1:10～15g/ml。

[0023] 步骤1.1中稀土元素的盐为La(NO3)3、Y(NO3)3中的一种或者两者的混合。

[0024] 步骤1.2中草酸溶液的质量分数为5％～8％，草酸溶液与含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液的体积比为2～2.5:3。

[0025] 步骤2中煅烧温度为550～650℃，煅烧时间为2～3小时；步骤3中退火温度为400～600℃，处理时间为1～2h。

[0026] 步骤3中掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末和银粉的质量百分比为：掺杂有稀土元素BaPbO3黑色粉末80％～90％，银粉10％～20％，以上组分质量百分比之和为100％。

[0027] 本发明的有益效果是，本发明一种银基导电陶瓷电接触合金的制备方法，采用化学共沉淀工艺制备掺杂稀土元素的铅酸钡粉末，并通过机械混合的方式将银粉与铅酸钡粉末进行混合，再利用粉末冶金工艺制备银基导电陶瓷电接触合金。与传统的制备技术相比，其优势在于：

[0028] (1)通过稀土元素的有效掺杂提高了铅酸钡的导电性，进而达到降低触头合金体电阻的目的。

[0029] (2)克服了现用工艺制备时存在的成本高、组织不均匀等缺点，也避免了常规机械混粉时氧化物团聚问题。

[0030] (3)第二相铅酸钡具有优良的导电性，解决了传统的银基电接触材料第二相导电性差而导致的在电弧侵蚀中接触电阻大、温升高、氧化物损耗大的问题，提高了银基导电陶瓷电接触合金的耐电弧侵蚀性。

具体实施方式

[0031] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0032] 本发明一种银基导电陶瓷电接触合金，通过将含Ba2+、Pb2+、稀土元素的草酸盐粉末煅烧得到掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末，然后将掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末与银粉混合，经压制-烧结-挤压工艺制备得到。

[0033] 其中草酸盐粉末中Ba、稀土元素与Pb原子比95～99:5～1:100，稀土元素为La、Y中的一种或者两者的混合。

[0034] 掺杂有稀土元素的BaPbO3黑色粉末和银粉的质量百分比为：掺杂有稀土元素BaPbO3黑色粉末80％～90％，银粉10％～20％，以上组分质量百分比之和为100％。

[0035] 本发明一种银基导电陶瓷电接触合金的制备方法，具体按以下步骤实施：

[0036] 步骤1，制备含Ba2+、Pb2+、稀土元素的草酸盐粉末：

[0037] 1.1按一定化学计量比称取Ba(CH3COO)2、Pb(CH3COO)2和稀土元素的盐(Ba、稀土元素与Pb原子比95～99:5～1:100)，充分溶解于蒸馏水中，Pb(CH3COO)2与蒸馏水的质量体积2+ 2+
比为1:10～15g/ml，得到含Ba 、Pb 、稀土元素的混合溶液；其中稀土元素盐为La(NO3)3、Y(NO3)3中的一种或者两者的混合。

[0038] 1.2将质量分数为5％～8％的草酸溶液缓慢滴入含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液中(草酸溶液与含Ba2+、Pb2+、稀土元素的混合溶液的体积比2～2.5:3)，同时不断搅拌至反应完全，得到白色草酸盐沉淀；过滤，用蒸馏水对滤饼进行洗涤，至pH值在5～7；将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中，在80～90℃干燥，直到水分蒸发；然后将所得的干燥粉末放在研磨钵内研磨，即得干燥的草酸盐白色粉末。

[0039] 步骤2，制备掺杂有稀土元素的BaPbO3粉末：

[0040] 将步骤1得到的草酸盐白色粉末放入马弗炉中，在550～650℃下煅烧2～3小时；然后后将煅烧后得到的粉末取出研磨细化，得到含掺杂的BaPbO3黑色粉末。

[0041] 步骤3，制备银-导电陶瓷混合体：

[0042] 按质量百分比，将步骤2中所制备的含掺杂的BaPbO3黑色粉末80％～90％，200～400目的银粉10％～20％，以上组分质量百分比之和为100％，在高能球磨机中进行机械混合，球磨参数为：磨球为不锈钢球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比10:1，球磨转速400r/min，球磨时间4～6h，球磨完成后通过400～600℃退火1～2h处理，得到银-导电陶瓷混合体。

[0043] 步骤4，合金制备：

[0044] 将步骤3中得到的银-导电陶瓷混合体采用传统的压制-烧结-挤压工艺制备银基导电陶瓷电接触合金。

[0045] 本发明采用化学共沉淀工艺制备掺杂稀土元素的铅酸钡粉末，并通过机械混合的方式将银粉与铅酸钡粉末进行混合，再利用粉末冶金工艺制备银基导电陶瓷电接触合金。与传统的制备技术相比，其优势在于：

[0046] (1)通过稀土元素的有效掺杂提高了铅酸钡的导电性，进而达到降低触头合金体电阻的目的。

[0047] (2)克服了现用工艺制备时存在的成本高、组织不均匀等缺点，也避免了常规机械混粉时氧化物团聚问题。

[0048] (3)第二相铅酸钡具有优良的导电性，解决了传统的银基电接触材料第二相导电性差而导致的在电弧侵蚀中接触电阻大、温升高、氧化物损耗大的问题，提高了银基导电陶瓷电接触合金的耐电弧侵蚀性。

[0049] 实施例1

[0050] 步骤1，制备含Ba2+、Pb2+、La3+、Y3+的混合溶液；

[0051] 1.1分别将Ba(CH3COO)2、Pb(CH3COO)2、La(NO3)3和Y(NO3)3粉末按一定化学计量比(Ba、La、Y与Pb原子比为95:2:3:100)，加入的蒸馏水中，Pb(CH3COO)2与蒸馏水的质量体积比为1:10g/ml，不断搅拌，使之充分溶解，得到含有Ba2+、Pb2+、La3+、Y3+的混合溶液。

[0052] 1.2按照体积比2:3将质量分数为5％的草酸溶液缓慢滴入上述混合溶液中，同时不断搅拌至反应完全，得到白色草酸盐沉淀；过滤，用蒸馏水对滤饼进行洗涤，至pH值为5～7；将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中，在90℃干燥，直到水分蒸发；然后将所得的干燥粉末放在研磨钵内研磨，即得干燥的草酸盐白色粉末。

[0053] 步骤2，制备掺杂有稀土元素的BaPbO3粉末：

[0054] 将步骤1得到的草酸盐白色粉末放入马弗炉中，在650℃下煅烧2小时；最后将煅烧后得到的粉末取出研磨细化，得到含掺杂的BaPbO3黑色粉末。

[0055] 步骤3，制备银-导电陶瓷混合体：

[0056] 按质量百分比，步骤2中所制备的含掺杂的BaPbO3黑色粉末90％，200目的银粉10％，以上组分质量百分比之和为100％，在高能球磨机中进行机械混合，球磨参数为：磨球为不锈钢球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比10:1，球磨转速400r/min，球磨时间4h，球磨完成后通过600℃退火1h处理，得到银-导电陶瓷混合体。

[0057] 步骤4，合金制备：

[0058] 将步骤3中得到的银-导电陶瓷混合体采用传统的压制-烧结-挤压工艺制备银基导电陶瓷电接触合金，具体工艺为：将得到的混合体在300MPa下冷压成坯，920℃下烧结6h，再通过挤压或轧制得成品合金。

[0059] 实施例2

[0060] 步骤1，制备含Ba2+、Pb2+、Y3+的混合溶液；

[0061] 1.1分别将Ba(CH3COO)2、Pb(CH3COO)2和Y(NO3)3粉末按一定化学计量比(Ba、Y与Pb原子比97:3:100)，加入蒸馏水中，Pb(CH3COO)2与蒸馏水的质量体积比为1:12g/ml，不断搅拌，使之充分溶解，得到Ba2+、Pb2+、Y3+的混合溶液。

[0062] 1.2按照体积比2.5:3将质量分数为7％的草酸溶液缓慢滴入上述混合溶液中，同时不断搅拌至反应完全，得到白色草酸盐沉淀；过滤，用蒸馏水对滤饼进行洗涤，至pH值为5～7；将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中，在85℃干燥，直到水分蒸发；然后将所得的干燥粉末放在研磨钵内研磨，即得干燥的草酸盐白色粉末。

[0063] 步骤2，制备掺杂有稀土元素的BaPbO3粉末：

[0064] 将步骤1得到的草酸盐白色粉末放入马弗炉中，在600℃下煅烧2.5小时；最后将煅烧后得到的粉末取出研磨细化，得到含掺杂的BaPbO3黑色粉末。

[0065] 步骤3，制备银-导电陶瓷混合体：

[0066] 按质量百分比，步骤2中所制备的含掺杂的BaPbO3黑色粉末88％，300目的银粉12％，以上组分质量百分比之和为100％，在高能球磨机中进行机械混合，球磨参数为：磨球为不锈钢球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比10:1，球磨转速400r/min，球磨时间5h，球磨完成后通过500℃退火1.5h处理，得到银-导电陶瓷混合体。

[0067] 步骤4，合金制备：

[0068] 将步骤3中得到的银-导电陶瓷混合体采用传统的压制-烧结-挤压工艺制备银基导电陶瓷电接触合金，具体工艺为：将得到的混合体在300MPa下冷压成坯，920℃下烧结6h，再通过挤压或轧制得成品合金。

[0069] 实施例3

[0070] 步骤1，制备含Ba2+、Pb2+、La3+的混合溶液；

[0071] 1.1分别将Ba(CH3COO)2、Pb(CH3COO)2、La(NO3)3和Y(NO3)3粉末按一定化学计量比(Ba、La与Pb原子比99:1:100)，加入蒸馏水中，Pb(CH3COO)2与蒸馏水的质量体积比为1:15g/ml，不断搅拌，使之充分溶解，得到Ba2+、Pb2+、La3+的混合溶液。

[0072] 1.2按照体积比2.3:3将质量分数为8％的草酸溶液缓慢滴入上述混合溶液中，同时不断搅拌至反应完全，得到白色草酸盐沉淀；过滤，用蒸馏水对滤饼进行洗涤，至pH值为5～7；将洗涤后的滤饼放入真空干燥箱中，在80℃干燥，直到水分蒸发；然后将所得的干燥粉末放在研磨钵内研磨，即得干燥的草酸盐白色粉末。

[0073] 步骤2，制备掺杂有稀土元素的BaPbO3粉末：

[0074] 将干燥的草酸盐白色粉末放入马弗炉中，在550℃下煅烧3小时；最后将煅烧后得到的粉末取出研磨细化，得到含掺杂的BaPbO3黑色粉末。

[0075] 步骤3，制备银-导电陶瓷混合体：

[0076] 按质量百分比，步骤2中所制备的含掺杂的BaPbO3黑色粉末80％，400目的银粉20％，以上组分质量百分比之和为100％，在高能球磨机中进行机械混合，球磨参数为：磨球为不锈钢球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比10:1，球磨转速400r/min，球磨时间6h，球磨完成后通过400℃退火2h处理，得到银-导电陶瓷混合体。

[0077] 步骤4，合金制备：

[0078] 将步骤3中得到的银-导电陶瓷混合体采用传统的压制-烧结-挤压工艺制备银基导电陶瓷电接触合金，具体工艺为：将得到的混合体在300MPa下冷压成坯，920℃下烧结6h，再通过挤压或轧制得成品合金。