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银基电接触材料在继电器中的应用研究

作　者: 窦富起
导　师: 郑冀
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 电接触材料稀土氧化物添加剂动态性能继电器
分类号: TM58
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 98次
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内容摘要

导体与导体之间的接触称为电接触,带有电接触的各类装置是电信号或电能传送的关键元件。近年来,随着通信业、汽车、各类电子产品的飞速发展,对各类继电器的需求增长非常迅猛,因而作为继电器关键元件的电接触材料具有很好的市场前景。理想的电接触材料必须具备良好的静态物理性能、动态物理性能和机械加工性能。研究表明,电接触材料中添加不同的添加剂可以使触头表面组织结构发生改变,从而改善触头材料的各种性能。本文采用粉末冶金法制备了添加稀土氧化物CeO2和La2O3的AgSnO2电接触材料,并对其导电性能及物理-机械性能进行测试,分析了稀土氧化物的种类、含量对AgSnO2材料组织和性能的影响。结果表明,AgSnO2触头材料的最佳稀土添加含量为2%左右。制备出了AgW、AgWC、AgSnO2、AgCeO2、AgLa2O3银基电触头材料。对制备的电触头材料的导电性、密度、硬度等静态物理性能进行测试和分析,并通过光学显微镜、环境扫描电子显微镜和原子力显微镜对表面微观组织进行表征。根据继电器国家标准设计并组装电触头材料动态性能测试试验系统,对AgW、AgWC、AgSnO2、AgCeO2、AgLa2O3电接触材料进行10万次动态开闭实验,测试了材料转移以及动态电性能。实验结果表明,通过10万动态开闭实验,AgW触头的材料转移最小为5.5mg,电导率下降较小。对动态试验后电触头表面的电侵蚀区域形貌进行了SEM和AFM表征,发现AgW触头表面侵蚀程度较小,耐电弧侵蚀能力较强。综合考虑电触头材料的静态性能,以及材料转移、电导率变化和电侵蚀形貌等动态性能指标,AgW触头材料的综合性能最佳,更适合作为继电器材料使用。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-25
  1.1 引言  9-10
  1.2 电触头的工作状态  10-11
    1.2.1 闭合过程  10
    1.2.2 闭合导电状态  10-11
    1.2.3 分断过程  11
  1.3 电器对电触头材料的基本要求  11-13
    1.3.1 物理性质  11
    1.3.2 化学性质  11-12
    1.3.3 电接触性质  12
    1.3.4 其他性质  12-13
  1.4 电触头材料的分类  13-19
    1.4.1 弱电触头材料  13-15
    1.4.2 强电触头材料  15
    1.4.3 银金属氧化物电接触材料  15-18
    1.4.4 烧结银合金触头材料  18-19
  1.5 添加物对银基触头材料的影响  19-20
  1.6 稀土元素在电触头中的应用  20-21
    1.6.1 稀土的性质  20-21
    1.6.2 稀土的主要应用  21
    1.6.3 稀土元素的作用机制  21
  1.7 原子力显微镜在形貌分析中的应用  21-24
    1.7.1 基本原理  22-23
    1.7.2 原子力显微镜的特点  23-24
  1.8 本论文的研究内容  24-25
    研究内容  24
    本课题来源  24-25
第二章银基电触头材料的制备与研究  25-38
  2.1 引言  25
  2.2 电触头材料的制备工艺  25-31
    2.2.1 粉末冶金法  25
    2.2.2 反应喷雾法  25-26
    2.2.3 机械合金化法  26-27
    2.2.4 化学共沉淀法  27-28
    2.2.5 合金内氧化法  28-30
    2.2.6 预氧化合金法  30-31
    2.2.7 反应合成法  31
  2.3 实验方法  31-33
    2.3.1 制备工艺的选取  31-32
    2.3.2 实验药品  32
    2.3.3 实验设备  32-33
  2.4 AgSnO_2 电触头的制备工艺  33-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章银基电触头静态性能研究  38-58
  3.1 引言  38-39
  3.2 稀土元素对AgSnO_2 电触头性能的影响  39-51
    3.2.1 实验方案及结果  39-41
    3.2.2 稀土含量对AgSnO_2 触头电性能的影响  41-43
    3.2.3 稀土含量对触头密度的影响  43-44
    3.2.4 稀土含量对AgSnO_2 触头硬度的影响  44-46
    3.2.5 AgSnO_2 稀土触头显微组织分析  46-48
    3.2.6 AgSnO_2 稀土触头SEM 和元素分布分析  48-51
  3.3 AgW、AgWC 触头材料的静态性能研究  51-55
    3.3.1 实验方案及结果  52
    3.3.2 AgW 和AgWC 触头材料显微组织分析  52-53
    3.3.3 AgW 和AgWC 电触头表面成分分析  53-55
  3.4 银基触头材料静态物理性能比较分析  55-57
  3.5 本章小结  57-58
第四章模拟继电器条件下电触头动态性能研究  58-76
  4.1 引言  58-59
  4.2 电弧能量作用及触头材料的响应  59-60
    4.2.1 电弧放电的过程  59
    4.2.2 架桥的形成  59
    4.2.3 开离电弧  59-60
  4.3 触头动态性能测试的国家规定  60-61
  4.4 动态性能测试系统的设计  61-64
  4.5 触头材料动态性能测试分析  64-72
    4.5.1 触头间材料转移分析  64-66
    4.5.2 触头导电性能分析  66-68
    4.5.3 触头表面形貌分析  68-72
  4.6 银基电触头材料的电侵蚀机制  72-75
    4.6.1 电侵蚀的主要形式  72-73
    4.6.2 银基触头的电侵蚀形貌特征  73-74
    4.6.3 电触头材料的粘附与熔焊  74-75
  4.7 本章小结  75-76
第五章全文总结  76-77
参考文献  77-83
发表论文和科研情况说明  83-84
致谢  84

银基电接触材料在继电器中的应用研究

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