新型弱電銅基電觸頭復(fù)合材料的研究.pdf

1、電觸頭是高、低壓電器中的關(guān)鍵元件，擔(dān)負(fù)著接通和分?jǐn)嚯娏鞯娜蝿?wù)，其性能的好壞直接影響開關(guān)和電器運(yùn)行的可靠性及使用壽命。隨著開關(guān)電器制造水平的不斷提高，品種的不斷增加，特別是由于節(jié)約銀等貴金屬、保護(hù)其枯竭的自然資源的需要，節(jié)銀電觸頭材料的研究受到人們的高度重視。 理想的電觸頭材料必須滿足物理性能、力學(xué)性能、電接觸性能、化學(xué)性能、加工制造性能等多方面的要求，這些要求是多樣的，而且有些性能要求是相互矛盾的，因而一種單一材料能具有這些要求

2、幾乎是不可能的。為此，通常是采用粉末冶金的方法，把性能不同而又不能相互溶解或溶解度很小的兩種或多種金屬或合金組合在一起，制成復(fù)合材料，來實(shí)現(xiàn)上述主要性能要求，并獲得最佳的綜合性能。 本文根據(jù)電觸頭性能的要求，在銅基體內(nèi)添加多種組元，采用粉末冶金工藝，研制出一種新型的高性能銅基無銀電觸頭復(fù)合材料。該材料具有較高的導(dǎo)電率、較好的抗氧化性和抗熔焊性、較低的接觸電阻以及良好的力學(xué)性能，滿足了中低壓電器中電觸頭的使用要求，可以替代目前廣泛

3、使用的銀基電觸頭材料，同時(shí)還可提高開關(guān)電器的使用性能，大大降低電觸頭元件的成本。 電觸頭材料要求具有很好的抗電燒蝕和抗熔焊性能，但純銅很難達(dá)到該種要求，這就需要選擇一種低熔點(diǎn)組元，在銅的熔化溫度以下，這種組元物質(zhì)容易比銅先氧化、燃燒或蒸發(fā)，且形成的氧化物易于分解，分解時(shí)將消耗電弧能量使電弧容易熄滅，過剩的氧被逐出，形成小孔或微孔，這種多孔結(jié)構(gòu)有利于提高觸頭的抗熔焊性。通過本課題組前期試驗(yàn)加入的低熔點(diǎn)組元為Bi，加入量為2％。

4、 為提高銅基體的力學(xué)性能，增加其硬度，提高其耐磨性和抗熔焊性，需要含有高熔點(diǎn)、高硬度組元，使之與銅基體復(fù)合后具有良好的電性能和力學(xué)性能。選擇wC、TiC、B4C作為高熔點(diǎn)、高硬度組元，通過對加入這些組元試樣的導(dǎo)電性和硬度比較可知，B4C顆粒所表現(xiàn)出的性能最好。綜合考慮B4C對材料的整體性能影響，在提高材料硬度和耐磨性的基礎(chǔ)上，使導(dǎo)電性和抗氧化性損失又較少，最終確定B4C的加入量為2％左右。 研究了稀土及其不同含量對銅基電觸頭

5、復(fù)合材料的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能及抗熔焊性能等的影響。研究發(fā)現(xiàn)稀土元素的加入改善了材料的接觸性能，提高了抗氧化性和基體強(qiáng)度。考慮稀土元素對材料綜合性能的影響，確定了稀土含量最佳配比在0.1％左右，論文并對稀土的對稀土材料的性能影響機(jī)理進(jìn)行了分析。 通過對球磨加工工藝和普通混粉工藝制得試樣的電性能、氧化性能、和力學(xué)性能的測試，研究了球磨加工工藝對電觸頭性能的影響。觸頭材料的原料經(jīng)過球磨加工以后，耐磨性和硬度有了很大提高.但是，球磨工藝

6、使增強(qiáng)體在基體表面的均勻分布，使材料的導(dǎo)電性能和抗氧化性能有所降低。 對真空熱壓工藝與常規(guī)冷壓工藝進(jìn)行了對比。由于真空熱壓工藝是在真空條件下壓制，熱壓后坯錠一次相對密度可達(dá)90％以上，孔隙率小于10％，使觸頭材料的塑性變形增大，孔隙率下降，促進(jìn)了密度的提高和均勻化。 從理論上探討了電觸頭復(fù)合材料的多種性能及其與微觀組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，對所設(shè)計(jì)電觸頭材料的電性能、物理性能以及力學(xué)性能等進(jìn)行了探討，并對其進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)及其機(jī)理

7、分析。 最終確定所研究的新型弱電銅基電觸頭復(fù)合材料的最佳成分配比為：Bi2％，B4C2％，稀土(富鑭混合稀土)0.1％，其余為銅及其它不可避免的雜質(zhì)?；敬_定了熱壓燒結(jié)的主要參數(shù)：溫度750℃、保溫30min、壓力25MPa。最后制得新材料的電阻率可達(dá)2.40～2.80μΩ*cm，硬度可達(dá)57～65HB，密度可達(dá)8.30～8.40g/cm3。 通過對新材料各性能的研究及其機(jī)理分析得出，新材料在抗氧化性能上克服了銅表面易形