一种用于电触点的银-氧化锡铟基烧结材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料及其制备方法。本发明所述烧结材料以质量百分比计，包括如下组分：85‑90%的银、8‑11.5%氧化锡、0.2‑2.5%氧化铟、0.03‑1.2%氧化铋粗粉。本发明所制备用于电触点的银‑氧化锡铟的烧结材料在低额定电流过程中显示出较低的熔接倾向性与过热温度。

权利要求

1.一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料，其特征在于，以质量百分比计，所述烧结材料包括如下组分：85‑90％的银、8‑11.5％氧化锡、0.2‑2.5％氧化铟、0.03‑1.2％氧化铋粗粉；

所述氧化铋粗粉中粒径大于1μm的氧化铋占比＞80％；

所述氧化铋粗粉是将氧化铋粉末进行煅烧后得到；

用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料的制备方法包括如下步骤：(1)将银、锡、铟真空熔炼后，进行雾化制粉，氧化后，得到银锡铟基合金粉；

(2)将氧化铋粉末进行煅烧，得到氧化铋粗粉；

(3)将步骤(1)得到的银锡铟基合金粉与步骤(2)得到的氧化铋粗粉混合、模压、烧结后，挤压得到用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料。

2.根据权利要求1所述的银‑氧化锡铟基烧结材料，其特征在于，步骤(1)中，所述真空熔炼的温度为1100‑1400℃。

3.根据权利要求1所述的银‑氧化锡铟基烧结材料，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化的温度为500‑1000℃，压力为3‑10MPa，时间为1‑10h。

4.根据权利要求1所述的银‑氧化锡铟基烧结材料，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧的温度为700‑1400℃，时间为10‑30h。

5.根据权利要求1所述的银‑氧化锡铟基烧结材料，其特征在于，步骤(3)中，所述模压为冷等静压模压，压力为300‑600MPa，时间为1‑5h。

6.根据权利要求1所述的银‑氧化锡铟基烧结材料，其特征在于，步骤(3)中，所述烧结的温度为500‑1000℃，时间为4‑12h。

7.根据权利要求1所述的银‑氧化锡铟基烧结材料，其特征在于，步骤(3)中，所述挤压的温度为500‑900℃。

说明书

一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及烧结材料制备技术领域，特别涉及一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 银基触头材料因其具有良好的综合性能，在低压电器中已得到了广泛的应用。其中银‑氧化镉因具有良好的耐侵蚀性、抗熔焊能力、较低的接触电阻而成为低压电器中应用最广的材料，但是由于银‑氧化镉材料具有毒性，越来越倾向于用其它氧化物代替氧化镉。研究发现，银‑氧化锡在中等电流范围内可取代银‑氧化镉，但是该材料也存在一定的缺陷，比如，氧化锡颗粒在电弧作用下会富集到材料表面形成绝缘层，增加了材料的接触电阻和温升；加工性能差，在线材拉丝时容易出现断线、开裂的风险；在电流小于400A时，其烧损率高。以上缺陷无一不限制了银‑氧化锡材料的进一步应用。

[0003] 为了克服银‑氧化锡触头材料的缺陷，最常用的方法就是向材料中加入添加剂，通过改变氧化锡与熔融银的表面张力特性，以增强材料的润湿性，减轻氧化锡颗粒在接触面表层聚集的程度，以改善其电接触性能。比如添加氧化钨或氧化钼，有希望能克服上述问题，这些材料被证明在承受高热负载的开关装置中具有突出的利用价值，含有上述添加剂的银‑氧化锡已经证明在额定电流大于100安培及在所谓的AC4负载下的开关装置中特别有效，但是在开关电流较小的情况下，上述材料的工作寿命比较短。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料及其制备方法。本发明以银‑氧化锡铟为基，并添加适量的氧化铋，制备的烧结材料在低额定电流过程中显示出尽可能低的熔接倾向性与尽可能低的过热温度。

[0005] 本发明的技术方案如下：

[0006] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料，以质量百分比计，所述烧结材料包括如下组分：85‑90％的银、8‑11.5％氧化锡、0.2‑2.5％氧化铟、0.03‑1.2％氧化铋粗粉。

[0007] 进一步地，所述氧化铋粗粉中粒径大于1μm的氧化铋占比＞80％。

[0008] 进一步地，所述氧化铋粗粉是将氧化铋粉末进行煅烧后得到。

[0009] 一种所述烧结材料的制备方法，包括如下步骤：

[0010] (1)将银、锡、铟真空熔炼后，进行雾化制粉，氧化后，得到银锡铟基合金粉；

[0011] (2)将氧化铋粉末进行煅烧，得到氧化铋粗粉；

[0012] (3)将步骤(1)得到的银锡铟基合金粉与步骤(2)得到的氧化铋粗粉混合、模压、烧结后，挤压得到用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料。

[0013] 进一步地，步骤(1)中，所述真空熔炼的温度为1100‑1400℃。

[0014] 进一步地，步骤(1)中，所述氧化的温度为500‑1000℃，压力为3‑10MPa，时间为1‑10h。

[0015] 进一步地，步骤(2)中，所述煅烧的温度为700‑1400℃，时间为10‑30h。

[0016] 进一步地，步骤(3)中，所述模压为冷等静压模压，压力为300‑600MPa，时间为1‑5h。

[0017] 进一步地，步骤(3)中，所述烧结的温度为500‑1000℃，时间为4‑12h。

[0018] 进一步地，步骤(3)中，所述挤压的温度为500‑900℃。

[0019] 本发明通过将银合金粉与氧化铋粉末混合以前将氧化铋的粒径粗化，再通过粉末混合、粉末混合物冷静压、经500‑1000℃烧结与挤压形成线材或型材，用这种方法可以得到极好的材料性能。

[0020] 由于商用氧化铋粉的粒径通常小于1μm、所占比例量大于80wt％，因而必需使这种粉末进行粗化。本发明将氧化铋粉在700‑1400℃温度进行退火直到氧化物粉大于1μm的粒径占80wt％以上。使用这些粗化的氧化物粉末产品，经过模压件烧结后的材料，与用商用氧化物粒径的材料相比明显地不易脆化，因此可以更容易地进行变形。

[0021] 本发明有益的技术效果在于：

[0022] (1)本发明各元素的作用如下，锡氧化后变成氧化锡颗粒，可以增强触头材料的耐电弧侵蚀能力，少量的铟和铋元素可以改善触头材料使用过程中温升过高的问题，还可以促进氧化速率，降低氧化时间，此外，氧化铋还可以提高材料的致密性，解决混粉工艺致密性略低的缺陷，从而提高材料的导电性能。因此，所述材料在低额定电流过程中显示出尽可能低的熔接倾向性与尽可能低的过热温度。

[0023] (2)本发明采用粗化的氧化铋粉末与通过雾化制粉并预氧化的银合金粉末相混合的设计，并结合粉末冶金与挤压技术，获得具有更低的电阻率和更加优良的力学性能的电触点材料，并且在低电流范围内，这种材料显示出突出的工作寿命(2百万次开关循环工作寿命)，同时过热温度一直处于100℃以下。

附图说明

[0024] 图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

[0026] 实施例1

[0027] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料，按质量百分比，包含如下分量的组分：88wt％银、5wt％氧化锡、0.8wt％氧化铟与0.2wt％氧化铋粗粉。

[0028] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料的其制备方法，包括如下步骤，按质量百分比：

[0029] (1)将银块，锡块，铟块按一起熔炼，熔炼温度为1200℃，获得熔融金属。

[0030] (2)将步骤(1)得到的熔融金属雾化制粉，将得到的雾化粉末在高温高压炉内进行预氧化，预氧化温度为950℃，氧化压力为5MPa，氧化时间为1小时，得到银‑氧化锡铟合金粉末。

[0031] (3)准备商用氧化铋，所述氧化铋为82％粒径小于1μm的氧化铋，将0.2wt％商用氧化铋粉在空气中于1000℃煅烧25小时，得到氧化铋粗粉，所述氧化铋粗粉中粒径大于1μm的氧化铋占比81％。

[0032] (4)将步骤(3)得到的氧化铋粗粉与步骤(2)制备的银‑氧化锡铟合金粉末机械混合2h，所有粉末的粒径均小于60μm，用400MPa冷静压压力对该混合物进行模压2h以形成柱材，并于750℃烧结5小时；然后在600℃下对该柱材进行挤压得到用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料。

[0033] 实施例2：

[0034] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料，按质量百分比，包含如下分量的组分：89wt％银、8wt％氧化锡、1.8wt％氧化铟与0.5wt％氧化铋粗粉。

[0035] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料的其制备方法，包括如下步骤，按质量百分比：

[0036] (1)将银块，锡块，铟块一起熔炼，熔炼温度为1350℃，获得熔融金属。

[0037] (2)将步骤(1)得到的熔融金属雾化制粉，将得到的雾化粉末在高温高压炉内进行预氧化，预氧化温度为550℃，氧化压力为7MPa，氧化时间为5小时，得到银‑氧化锡铟合金粉末。

[0038] (3)准备商用氧化铋，所述氧化铋为82％粒径小于1μm的氧化铋，将0.5wt％商用氧化铋粉在空气中于1200℃煅烧26小时，得到氧化铋粗粉，所述氧化铋粗粉中粒径大于1μm的氧化铋占比82％。

[0039] (4)将步骤(3)得到的粗化氧化铋与步骤(2)制备的银‑氧化锡铟合金粉末机械混合5h，所有粉末的粒径均小于60μm，用550MPa冷静压压力对该混合物进行模压5h以形成柱材，并于900℃烧结4小时；然后在650℃下对该柱材进行挤压得到用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料。

[0040] 实施例3：

[0041] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料，按质量百分比，包含如下分量的组分：85％银、4.1％氧化锡、0.2％氧化铟与1.2％氧化铋粗粉。

[0042] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料的其制备方法，包括如下步骤，按质量百分比：

[0043] (1)将银块，锡块，铟块一起熔炼，熔炼温度为1100℃，获得熔融金属。

[0044] (2)将步骤(1)得到的熔融金属雾化制粉，将得到的雾化粉末在高温高压炉内进行预氧化，预氧化温度为500℃，氧化压力为3MPa，氧化时间为10小时，得到银‑氧化锡铟合金粉末。

[0045] (3)准备商用氧化铋，所述氧化铋为82％粒径小于1μm的氧化铋，将0.5wt％商用氧化铋粉在空气中于700℃煅烧30小时，得到氧化铋粗粉所述氧化铋粗粉中粒径大于1μm的氧化铋占比81％。

[0046] (4)将步骤(3)得到的粗化氧化铋与步骤(2)制备的银‑氧化锡铟合金粉末机械混合5h，所有粉末的粒径均小于60μm，用300MPa冷静压压力对该混合物进行模压4h以形成柱材，并于500℃烧结12小时；然后在500℃下对该柱材进行挤压得到用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料。

[0047] 对比例：

[0048] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料，按质量百分比，包含如下分量的组分：88wt％银、12wt％氧化锡、4.3wt％氧化铟与5.2wt％氧化铋粗粉。

[0049] 一种用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料的其制备方法，包括如下步骤，按质量百分比：

[0050] (1)将银块，锡块，铟块一起熔炼，熔炼温度为1350℃，获得熔融金属。

[0051] (2)将步骤(1)得到的熔融金属雾化制粉，将得到的雾化粉末在高温高压炉内进行预氧化，预氧化温度为550℃，氧化压力为7MPa，氧化时间为5小时，得到银‑氧化锡铟合金粉末。

[0052] (3)准备商用氧化铋，所述氧化铋为82％粒径小于1μm的氧化铋，将0.5wt％商用氧化铋粉在空气中于1000℃煅烧40小时，得到氧化铋粗粉，所述氧化铋粗粉中粒径小于1μm的氧化铋粉的比例量仅占50％。

[0053] (4)将步骤(3)得到的粗化氧化铋与步骤(2)制备的银‑氧化锡铟合金粉末机械混合5h，所有粉末的粒径均小于60μm，用550MPa冷静压压力对该混合物进行模压以形成柱材，并于900℃烧结4小时；然后在650℃下对该柱材进行挤压得到用于电触点的银‑氧化锡铟基烧结材料。

[0054] 测试例：

[0055] 对实施例1‑2制备的烧结材料的性能进行分析，在额定电流约为50A的商用开关装置中，实施例1‑2制备的烧结材料达到2百万次开关循环工作寿命。该工作寿命明显地超过至今已知银‑氧化锡材料的工作寿命；过热温度没有临界值，均值明显低于100℃。

[0056] 实施例1制备的烧结材料的密度≥9.7g/cm3，断后延伸率≥5.1％，抗拉强度为230‑350MPa，硬度为HV80‑100；烧结材料的电阻率ρ≤2.4μΩ.cm。取1米实施例1制备的线材在两端分别固定，正向扭转9圈，反向扭7圈后线材不会断裂；所述烧结材料，表面光洁，无裂纹、起皮、波浪状、划痕等缺陷。对每扎线材任取5点进行测量，测其线径为[0057] 实施例2制备的烧结材料的密度≥9.9g/cm3；断后延伸率≥7.5％，抗拉强度为
250‑380MPa，硬度为HV90‑110；电阻率ρ≤2.2μΩ.cm；取1米线材在两端分别固定，正向扭转
9圈，反向扭7圈后线材不会断裂；材料，表面光洁，无裂纹、起皮、波浪状、划痕等缺陷。对每扎线材任取5点进行测量，测其线径为

[0058] 对比例所述材料制备中，氧化铋粗化处理，但粗化处理后氧化铋中粒径小于1微米的氧化铋的比例仅占50％，组成分及粉末粒径不在本发明范围以内的材料很难进行加工，开关工作寿命也在本发明材料的工作寿命值以下。

[0059] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。