银基电接触材料改性及制备工艺

刚石形式加入会对触头的性能产生积极影响。目 几千安， 广泛应用于从几伏到上千伏的多种电器
前， 一个重要研究方向是如何获得金刚石颗粒在银 中， 曾被称为万能触点材料。ＡｇＣｄＯ 触头材料的主
基合金中呈均匀分布的触头材料［９］。
要制备技术包括粉末冶金法和内氧化法。
综合评述
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随着工业化的快速发展和电子产品的更新换 代， 对电接触材料的研究开发提出了越来越高的 要求。
２ 银基电接触材料改性
目前， 已研究出的低压电器用银基电触头材料 有数百种。但形成产业化和实际应用的触头材料只 不过几十种。它们基本上可以归纳为 ４ 个系列： Ａｇ－ Ｎｉ 系 列 、 Ａｇ－ Ｃ 系 列 、 Ａｇ－ ＷＣ 系 列 、 Ａｇ－ ＭｅＯ 系 列［３￣６ ］。 在 这 些 已 有 的 电 接 触 材 料 中 加 入 有 效 的 第 三组分， 可以实现原有材料的改性。
弧根不会停留在 Ａｇ－ Ｃ 上而产生灼烧。另外， 石墨 工艺复杂， 到 １９５０ 年 之 后 ＡｇＭＯ 材 料 才 开 始 形 成
是 还 原 剂 ， 与 铜 配 对 时 使 之 不 会 因 电 弧 高 温 作 用 规模化应用。６０ 年代末各种， ＡｇＭＯ 的制造方法逐
产 生 氧 化 ， 因 而 不 会 增 加 接 触 电 阻 。 这 样 的 配 对 步 完 善 ， 并 在 ７０ 年 代 之 后 得 到 很 大 发 展 。 由 于
２．１ Ａｇ－ Ｎｉ 系电接触材料［５ ］
Ａｇ－ Ｎｉ 系 电 接 触 材 料 具 有 良 好 的 导 电 、 导 热 性， 接触电阻低且稳定， 电弧侵蚀小而均匀， 在 直流下开闭时的材料转移比纯银小。抗电损耗性 及抗熔焊性受 Ｎｉ 含量左右， Ｎｉ 含量太高， 接触电 阻 增 大 ， 电 性 能 下 降 。 通 常 与 Ａｇ－ Ｃ 触 头 配 对 使 用 。 为 了 进 一 步 提 高 Ａｇ－ Ｎｉ 触 头 的 电 性 能 ， 可 向 银中加入少量铜、锡或锌， 将其制成合金粉并进 行 内 氧 化 ， 然 后 与 ２０％ 的 镍 粉 及 １％ 以 下 的 石 墨 粉 混 合 ， 烧 结 、 挤 压 ， 所 得 Ａｇ－ Ｎｉ 系 材 料 耐 电 弧 腐蚀性、抗熔焊性与银氧化镉相同。向高镍含量 的 银 镍 合 金 中 添 加 １ 种 或 多 种 难 熔 金 属（ 钨 、 钼 、 铬） 或难熔金属的碳化物， 可提高该合金抗熔焊性
早期的电接触材料多采用纯银， 但由于银的熔 点低、硬度不高且不耐磨， 在含硫或硫化物的介质 中， 表面易形成硫化银薄膜； 在直流电作用下， 易 挥发， 易形成电侵蚀尖刺， 银接触元件易形成电 弧， 使其熔接。为了克服纯银电接触材料的种种缺 点， 发展了银合金材料， 即在银中加入少量其它元 素 如 Ｃｕ， Ｃｄ， Ｐｄ， Ａｕ， Ｍｇ， Ｉｎ， Ｖ， Ｚｒ 等 可 以 克 服银的天然柔性， 提高力学性能和耐腐蚀性， 而仍 保持较高的电导率［２］。
２．４．２ ＡｇＳｎＯ２ 电接触材料 由 于 镉 金 属 蒸 气 有 毒 ， ＡｇＣｄＯ 触 头 材 料 在 使
２．４．４ ＡｇＲＥＯ 电接触材料 考虑到稀土氧化物是很好的弥散剂， 并具有很
用过程 中 会 污 染 环 境 ， 危 害 人 体 健 康 ， 因 此 近 ２０ 的高熔点和稳定性， 多年来在无 Ｃｄ 触头材料的研
及预氧化合粉末法等银基电接触材料的制备工艺。最后指出， 提高银基电接触材料的性能、发展新型的节银触头
材料和复合触头材料是今后银基电接触材料的发展方向。
关键词： 银基电接触材料； 改性方法； 制备工艺
中图法分类号： ＴＧ１４６．３２
文献标识码： Ａ
文章编号： １００８－ ５９３９（ ２００７） ０１０－ ０１４－ ０６
材料中， 研究较多的是 ＡｇＬａ２Ｏ３。ＡｇＬａ２Ｏ３ 电接触材 料中 Ｌａ２Ｏ３ 含量约为 ８％￣１２ ％， 制备方法主要是机 械合金法和粉末冶金法。为了 提 高 ＡｇＲＥＯ 电 触 头 材料的综合性能， 根据该材料成分呈多元化的特 点， 在材料中添加其他微量元素 （ 如 Ｂｉ， Ｚｒ， Ｉｎ，
形 成 氧 化 物 层 ， 因 此 可 以 使 ＡｇＳｎＯ２ 材 料 的 接 触 电 阻 降 低 。 ［１６，１７］
有人在 Ａｇ－ ＷＣ 系 电 接 触 材 料 中 添 加 了 石 墨（ Ｇｒ） 。 在 电 弧 作用下 Ｇｒ 成还原气氛， 防止 ＷＣ 氧化， 抑 制温升。Ｇｒ 还能起到润滑作用， 提高抗熔焊性， 但 接点损耗增大， 绝缘性下降。同时添加 １％￣１１％Ｇｒ 和 ５％￣６０％Ｆｅ 族 元 素 ， Ｇｒ 在 电 弧 作 用 下 仍 成 还 原 性气氛， 防止碳化物及 Ｆｅ 族元素氧化 ， 降 低 接 触
料。３０ 年代末， Ｆ．Ｒ． Ｈｅｎｓｅｌ 及其合作者制造了最早 的 ＡｇＣｄＯ 材料， 并进行了电性能试验 。 ［１０￣１２］ 无镉的
材料也可与铜配对， 用于微型断路器和漏电开 关， 因为电弧在铜和镍表面能很容易地移动而使
各 种 ＡｇＭＯ 材 料 ， 如 ＡｇＺｎＯ， ＡｇＳｎＯ２， ＡｇＭｇＯ 等 几 乎 与 ＡｇＣｄＯ 同 时 出 现 ， 但 由 于 ＡｇＭＯ 材 料 制 造
２．４ Ａｇ－ ＭＯ 系触头材料
移动特性很差， 所以它必须与其它触头材料配对使
ＡｇＭＯ 系触头材料于 ２０ 世纪二三十年代问世。
用， 即所谓非对称性配对。此类电接触材料常见的 美国 ＧＥ 公司采用粉末冶金法率先研制出 ＡｇＰｂＯ 材
用途是与 Ａｇ－ Ｎｉ 触头材料配对使用于断路器中， 以 弥补 Ａｇ－ Ｎｉ 触头材料抗熔焊性的不 足 。Ａｇ－ Ｃ 触 头
收稿日期： ２００７－ ０８－ １５ 作者简介： 马 光， 男， １９５６ 年生， 教授， 西北有色金属研究院电子材料研究所， 陕西 西安 ７１００１６， 电话： ０２９－ ８６２２４４７３，
Ｅ－ ｍａｉｌ： ｅｍｃ＠ｃ－ ｎｉｎ．ｃｏｍ
２００７ 年 ２６ 卷第 １０ 期
稀有金属快报 １５
能 。 向 银 镍 合 金 中 加 入 金 属 氧 化 物 如 ＣｕＯ， ＺｎＯ， ２．３ Ａｇ－ ＷＣ 系电接触材料
ＳｎＯ２， 还可适当降低银含量， 而触头性能相当或优
Ａｇ－ ＷＣ 系 电 接 触 材 料 具 有 良 好 的 抗 电 弧 侵 蚀
于银氧化镉材料， 抗熔焊性亦得到提高。向银镍 性及抗熔焊性， 应用也较广。但在接触压力、断开
合金中添加高熔点、耐腐蚀的金属钛， 能提高银 力、接点间隙小的工作条件下， 损耗、飞溅增多，
Ｆｅ， Ｐｂ 等） ， 只要合金元素匹配得当， 就可以产生 “ 共 乘 作 用 ”［１８￣２０］。
１引言
电接触材料用做电器开关、仪器仪表等触头材 料， 担负着接通与分断电流的任务， 因此， 其性能 优劣直接影响着电器开关和仪器仪表的可靠运行 和使用寿命［１］。电 触 头 在 开 闭 过 程 中 产 生 的 现 象 极 其复杂， 影响因素较多， 理想的电接触材料必须 具备良好的物理性能、电接触性能、加工制造性 能等。
合物或氧化物， 偏聚在晶界上， 使银基体的再结晶 温度提高了约 ２５０ ℃， 在高温时， 这种合金的二次
命 。ＡｇＳｎＯ２ 材 料 生 产 过 程 中 的 最 大 难 题 是 材 料 硬 度高， 不易变形， 容易断丝， 退火处理后性能
再结晶受到较强的抑制， 提高了其热稳定性； ③ 在 银基体中起弥散强化作用； ④ 降低基体金属的层错
ＡｇＣｄＯ 触头材料是研制最早、应用也最普遍的
加相完全或部分替代石墨加入银基触头， 用来提高 一种 ＡｇＭｅＯ 触头材料。ＡｇＣｄＯ 触 头 材 料 的 特 点 是
银基触头的硬度和热导率， 并可改善耐电弧侵蚀 耐磨损性好， 抗熔焊能力强， 接触电阻低而稳定。
性。碳元素存在石墨和金刚石两种同素异构体， 金 它还具有良好的使用性能， 应用的电流从几十安到
性， 接触电阻低且稳定， 抗熔焊、导电、导热性接 近纯银， 使用电流、电压的范围宽， 是一类用途很
种 材 料 类 型 ， 其 中 ＡｇＳｎＯ２ 是 一 种 较 为 理 想 的 ＡｇＣｄＯ 替代材料［１３， １４］。ＡｇＳｎＯ２ 作为一种新型的 银 金 属氧化物触头材料， 在国际上已部分商业化。它
广的触头材料。研究认为， 银基体中稀土氧化物的 作用主要表现在： ① 稀土极易同其他杂质形成高熔 点化合物， 在熔体中悬浮或弥散分布， 在凝固过程
方式可以节省一半的银基触头材料。
ＡｇＭＯ 触头材料具有 材 料 的 电 弧 侵 蚀 速 率 高 已成为低压电器广泛使用的一类触头材料。
是由于石墨材料在电弧作用下燃烧后放出 ＣＯ 的原 ２．４．１ ＡｇＣｄＯ 电接触材料
因。用金刚石、碳纤维， 甚至碳纳米管作为一种添
法， 耐电磨损性不佳。２０ 世纪 ７０ 年代起采用了烧 结挤压法， 石墨呈纤维状分布于银基体中， 耐磨损 性 成 倍 提 高 。 一 般 Ａｇ－ Ｃ 中 的 石 墨 含 量 为 ３％￣５％ （ 质量分数） ， 尽管六七十年代在混粉法中加入铜、 镍、镉等以改善组织均匀性和耐磨损性， 但都不如 烧结挤压法， 因此烧结挤压法已成为目前生产高性 能 Ａｇ－ Ｃ 触头材料的几乎唯一的方法［８］。虽 然 Ａｇ－ Ｃ 触头材料几乎是完全不熔焊的， 但电弧在其表面的
镍合金的硬度和耐电弧腐蚀性能。
出现熔焊、电导率下降、温升增加的问题。为此，
２．２ Ａｇ－ Ｃ 系电接触材料［７］
Ａｇ－ Ｃ 触头材 料 的 特 点 是 导 电 性 能 和 抗 熔 焊 性 能好， 接触电阻低， 即使在短路电流下也不会熔 焊。但是电弧侵蚀速率较高， 电磨损大， 灭弧能力 差。Ａｇ－ Ｃ 类材料的接触特性与石墨 颗 粒 在 银 基 体 中的分布状态有很大关系。过去的制造方法是混粉
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银基电接触材料改性及制备工艺
马 光， 孙晓亮