银氧化锡系列材料介绍

银氧化锡系列触点材料介绍

（摘自ELECTRCAL CONTACTS）

SUN METALS CORPORATION N.Arimatsu 2003年

（XU DA ZHANG 翻译整理2004年）

目前，在实际中所使用的此种银氧化锡材料是以含或不含其他氧化物成份的Ag/SnO2为代表的材料。因此，本文将它们称为“银氧化锡系列”材料。为能获得如耐粘接、耐高温、及耐电弧磨损等良好性能，最初使用了诸如M0O3、WO3、In2O3、WC和CuO添加剂。自从1970年开始引进Ag/SnO2材料以来，已作了巨大的努力而发展了属于本系列的各种各样的材料。由于使用不同种类的添加剂，早期同类型的材料其性能是不尽相同的。

有关此系列材料的大量文献可归为二大类：一类资料是触点制造商所声称的“有前途的材料”，另一类是由研究者自己选择的对单种触点材料探索研究的资料。无论是哪种情况，都对Ag/SnO材料的性能进行了讨论，都包含了以Ag/SnO为基础的材料与AgCdO材料的电性能进行了比较。早期的各项研究遇见到所测试的材料的电性能是有差别的，并且每一种材料在某一特定性能上有一特定的优点，同时其它性能也存有缺点。

自从1970年引进了此类系列材料，因使用金属添加济，已开发出许多不同的材料，同时也对他们的性能作了评估。可用Ag/SnO添加剂的半成品经过内氧化或者用粉末冶金的方法来制造Ag/SnO2系列材料。所以，触点性能是由氧化锡的含量、添加济的种类和数量、粉末的类型、加工工艺、机械和物理性能决定的。在实际情况中，即使有相同化学成分的材料，所选择不同的加工工艺和不同种的粉末，也会使电性能有很大的变化。当然，最为重

要的使不能将Ag/SnO2系列触点材料作为一种一样的通用材料看待。

在这种形势下，各种新派生出来的Ag/SnO2已进入市场，许多制造商将他们作为专用材料，因为在特殊的应用中，这些材料的性能使令人满意的。多数材料是仿制的，其配方是参照早期产品的。另外，研究者进行对比性试验得到的结论是，要生产出通用适用的触点材料尚未得到解决，要永久性的解决触点在应用时的问题，将要花费数年的时间来完成。很明显在这种情况下，在很大程度上不可能搞清楚此系列材料的共性。本文将重点讨论几种有前途的材料，它们在世界范围已被广泛的接受，且销售量也居首位。

Ag/SnO2系列的历史性回顾

追溯历史从1970年至今，Ag/SnO2系列材料代表了银金属氧化物材料。事实上，银金属氧化物系列材料的第一次发展是在1930年。在1930年以前，对电触点材料的开发主要集中在银合金和有耐熔成分的银材料，如Ag -W，Ag-W-C和Ag-MO。在1930年初，人们发现Ag/Cd在接触器中有耐熔焊性，但是接触电阻较高。在这期间，Ag/CdO和Ag/PbO同时在美国进行研究。然而，在这个阶段，Ag/PbO和Ag/CdO合金性能都很良好，Ag/Cd有耐熔焊性而接触电阻较高。

在1939年，美国P。R。MALLORY研究者用粉末冶金方法生产出第一代，专利权的Ag/CdO材料。在小负载、交流和直流继电器中，这些材料的性能与银合金相比并没有见到特别的改进。同时，第二次世界大战爆发，尤其在美国，特别要求安装在飞机、坦克中元件可靠性，并且控制大电流的元件。这些元件对电触点的使用寿命和可靠性均有严格的要求。许多触点制造商作了最卓越的贡献来研究各种触点材料的性能，以能在材料方面打败自己

的竞争对手。试验了装置的机械特性如触点的回跳和触点压力。在各种材料中，Ag/CdO的各项参数展现最佳性能，最终被规定使用在这些装置中。

到了1950年，在前已申请过了专利的材料的有效期内，由研制出一系列的单氧化物触点材料并申请了专利，单氧化物材料（不是指以银为底基的CdO）诸如Ag/SO2和Ag/ZnO2分别在1949年和1950年申请了专利。除这些外，其他如MgO、CaO、BeO、Sb2O4、BaO2、及类似材料也相继开发出来。Ag/InO3也研制出来，并且是最后一个作为单氧化物材料申请专利的产品。这些单氧化物材料是作为触点粘接和抑制熔融银飞溅的抑制剂。有些专利材料没有包括电气试验参数，某些材料没有使用于工业产品中。

1950年期间，对Ag/CdC材料的加工就从经济角度上考虑了。随着引进了内氧化工艺，着重研究开发相关的Ag/CdO材料及其电气特性。诸如：Ni、Sn、Mg、Zn、Ca、Ln等添加济元素也属开发之列。在专利文献中的发明涉及的元素范围十分广泛。不幸的是，某些专利没有包括电气试验数据，在后来的使用中证明它们对触点的性能有不良的作用。在以后的20年中，有经验的制造商就关注到相关的Ag/CdO材料，以便进行大规模的生产。

事实上，开发其他的氧化银金属材料是与开发Ag/CdO材料并驾齐驱的。但是，令人吃惊的是进行积极的研究仅仅是在1970年的上半年才开始。约在1970，日本出现了严重的疾病，镉的毒性引起了人们的关注。由于Cd的危害性，就增加制定了许多保护环境的法规，包括限止Cd在内的重金属排放到大气中。按照保护环境的要求，特别在日本和欧洲，越来越严的限止使用Cd。在这种形势下，就激发了人们进一步开发Ag/CdO的替代物的热情。在欧洲有另一种背景，就是允许进一步发展氧化银金属材料，在德国有一些

制造商努力开发许多新型的金属氧化物触点材料，其性能超过了Ag/CdO。除了继续讨论禁用材料外，还增加了日益增长要求，以达到符合电气控制设备的标准。即要求有大的切换能力，寿命长和小型化的要求。这些要求尤其对汽车上的电气触点是最为现实的。这是因为在不同的负载条件下，切换d.c.电路时会发生特殊的情况，并且还要具有最高的可靠性。

从以后的专利文献的内容看到，大多数新的触点材料时集中在多种氧化物结构上。第一，这也是最基本的，从经济利益上考虑，具有生存能力的单种氧材料都已申请过专利，第二，对单种金属氧化材料，例如银合金被氧化后，在表面就会形成一保护层，以防止氧扩散进入银母体中。最后一点是因为单氧化物系列材料在电器性能上并非令人十分满意的，由于在1970年Ag/SnO2作为一种极有前途Ag/CdO替代物，所以大量新开发的Ag/SnO2以后对其电器性能作出评估。为能成功的将高含锡量的银合金进行内氧化处理，以便再加第二种元素以改变其氧化性能。这些元素常规用铟（最常用）。铋或铜。M O O3、WO3和WC作为添加剂改进单纯Ag/SnO2（包括粉末冶金或内氧化型）的耐热性能。由此，人们的注意力就从Ag/CdO的替代物转移到如何选择其他金属氧化添加剂上了，以及如何完善工艺以能改进性能。事实上，在美国、日本和欧洲有专利的非CdO系列材料，均具有较好的耐磨损和抗粘接性，但要指出的是多数申请专利材料是无实用或并没有应用在工业上，这是由于其不可行性和不良效果所造成的。

上文所述的材料和加工工艺是肩并肩同时发展的，有大量的文献发表了在不同的负载条件下，各种Ag/SnO2派生材料的触点性能，这些文献都对各种Ag/SnO2材料与Ag/CdO作了比较，或者是发表了早期使用不同添加剂时