| 题名 | AgSnO2触点材料制备及燃弧过程中SnO2颗粒再分布行为 |
| 作者 | 叶其斌 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-06-16 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 卢柯 |
| 关键词 | AgSnO2触点 加工性能 接触电阻 电弧侵蚀 运动状态 临界凝固速 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | AgCdO长期以来以优异的电学性能在中低压电器中被广泛用来作为触点材料，但由于其不符合环保要求而逐渐被其它材料取代，其中AgSnO2是最有希望完全取代AgCdO的首选触点材。AgSnO2具有优良的抗熔焊性和抗电弧侵蚀性能，但最主要的缺点之一是机械加工性能差，无法满足日益小型化开关的要；另一个主要缺点就是使用过程中接触电阻过高，降低了电接触的可靠性。本文目的就是研究一种同时具有良好加工性能和电学性能的AgSnO2材料，并使之达到工业化生产要求以替代AgCdO触点材料，同时为了更好地理解AgSnO2材料在使用过程中表面接触电阻的变化机制，通过快速熔化与凝固实验以及建立数学分析模型来研究颗粒在燃弧过程中的再分布规律。 本文用共沉淀法制备了含适量添加剂的SnO2复合粉末，与银粉经高能球磨混合后，通过冷压{烧结{复压工艺成功制备出加工性能和电性能优良的AgSnO2触点材料。通过对共沉淀过程的化学平衡分析结合XPS结果表明添加元素Cu以CuO形式分布在SnO2颗粒表面，促进了SnO2的长大并明显改善了液态银对SnO2的润湿性能，这可能是由于CuO提高了SnO2颗粒的表面能。此外，CuO还促进了AgSnO2的烧结致密化过程，从而可以缩短烧结时间。显微硬度测试显示添加CuO同时降低了样品中富银区和富氧化锡区的显微硬度，提高了样品的冷轧延展性，使样品的加工性能得到明显提高。润湿性能的改善降低了SnO2被熔体排出表面的几率，因此电弧侵蚀过程中减少了SnO2在侵蚀表面的富集，改善了电弧侵蚀表面形貌，从而可以有效降低接触电阻和温升，提高触点材料的可靠性。 甩带实验和常规感应熔炼实验被用来模拟电弧对材料表面的瞬间熔化与凝固过程，显微组织观察显示添加CuO增加了留在液态银中的SnO2，并且在凝固过程中被界面包裹进固态银基体中，这证明添加CuO可以显著改变SnO2在银熔化与凝固过程中的再分布行为。 为了深入理解接触电阻在电弧侵蚀中的变化机理，本文通过建立颗粒在电弧熔池中的运动状态方程以及与凝固界面的相互作用分析模型来研究燃弧过程中颗粒在表面的再分布规律，并根据AgSnO2和AgSnO2CuO体系进行了数值计算。结果显示电弧熔池的高温度梯度是控制颗粒运动和分布的主要因素，温度梯度导致颗粒与熔体的界面张力分布的不对称，产生了沿梯度方向的界面力。而颗粒与熔体的密度差引起的浮力与界面力相比可以忽略不计，甚至在凝固过程中界面对颗粒的推斥力也可以被忽略。因此添加CuO对SnO2颗粒表面状态的改变明显提高了颗粒与熔体的界面能以及其温度系数，导致了颗粒在熔池内的运动速度明显降低，延长了颗粒到达熔池表面的时间近五倍，有效延缓了颗粒在表面的富集时间。此外颗粒与凝固界面相互作用的临界速度计算表明添加CuO降低了颗粒被凝固界面包裹的临界凝固速度近1/3，意味着熔体内的颗粒更容易被凝固界面包裹进固态基体中而不是被凝固界面排斥到表面。因此CuO使SnO2颗粒的运动速度以及临界凝固速度的明显降低是减少SnO2在表面富集和降低接触电阻的主要原因。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 152 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16901]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 叶其斌. AgSnO2触点材料制备及燃弧过程中SnO2颗粒再分布行为[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
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