[发明专利]一种银氧化锡复合粉体的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及电工材料领域，具体地，涉及一种银氧化锡复合粉体的制备方法及其应用。

背景技术

电触头是电器开关、仪器仪表等的关键元件，在接触器、继电器和小功率断路器中。其中Ag作为基体相起导电导热作用，金属氧化物MeO作为弥散相分布于Ag基体中起非连续弥散增强作用。长期以来国内外大量使用Ag-CdO的触头，我国AgMeO材料年产值在数十亿元左右，其中AgCdO(银氧化镉)占60％。虽然Ag-CdO的触头具有良好的灭弧性、稳定的接触电阻等优点，但近年来随着对电器使用寿命的延长和小型化的要求，AgCdO触头材料已暴露出其抗熔性能差、电弧烧损严重，并且在使用过程中不可避免地产生锡毒，并造成环境污染等不足。欧盟RoHS法案明确禁止电气设备中采用Cd等有毒元素，因此发展替代材料十分迫切，其中银氧化锡是选。

银氧化锡触头材料具有热稳定性好、耐电弧侵蚀及抗熔焊性能，使用范围可达10-1000A，从而保证电器运行的可靠性，提高使用寿命，是目前用于在接触器、继电器及开关中代替有毒的银氧化镉的理想材料。

目前制备银氧化锡的主要方法包括以下几种：

1.内氧化法

内氧化法是将银锡合金通过熔炼的方法制备成银锡合金的线材或雾化成粉末，然后在高压氧化气氛中内氧化，使锡氧化成氧化物颗粒。内氧化法是目前银氧化锡材料的主要生产工艺，其工艺流程主要为银锡合金的熔化、铸锭、压成片状、部分内氧化、切边、轧制、充压、最后得到成品。内氧化工艺过程十分繁琐，生产效率低，还需要高压氧气氛，生产成本比较高。同时，由于在锡氧化过程中产生的氧化锡膜层阻止了氧进一步向锡内部扩散，为促进氧的扩散，通常需要添加金属铟以抑制氧化膜的形成，并且随铟含量的增加氧扩散速率越快。但必须认识到由于金属铟的价格相对较高，铟的添加及添加量的增加必然会增加生产成本。此外由于氧从试样表面向中心扩散，样品横截面方向产生不均匀的微观结构，特别是材料的中心部位，造成氧化物的颗粒粗大，不能得到稳定的触头性能，在触头中心存在“贫氧化物区”，并且在晶界处有氧化物沉淀析出.从而使其抗熔焊性、耐电弧腐蚀性在使用过程中逐渐变坏.触头寿命缩短。为促进锡的氧化，同时也尽量减少金属铟的使用，在内氧化的基础上提出了预氧化合金工艺，如中国专利CN1425790公布了一种改进的内氧化工艺，其先将银锡熔制成合金，再进行高压水雾化成合金粉末，将该合金粉末加入到内氧化炉中进行内氧化，该工艺使得在不添加金属铟的情况下锡得到充分氧化，降低了生产成本。中国专利CN1925078为进一步促进锡的氧化，在高压水雾化过程中还通入了富氧气体，此外为改进触头材料的性能以及拓宽银氧化锡触头的应用领域，在银锡以外还加入了稀土。中国专利CN100999789为进一步降低生产成本，将部分的锡改为氧化锡。然而在总体上，该工艺还是需要在特定的内氧化炉中进行锡的内氧化，尽总体效率很低，且存在氧贫化区域。

2.粉末冶金法

粉末冶金法是将银粉，氧化锡粉在球磨机充分混合，然后压型、预烧以提高最终的密度，为提高触头材料的密度，加工性能等指标，通常还需要二次加工，如复压，烧结和挤压等。中国专利CN101798641A提出了一种改进的银粉和氧化锡粉体的混合方式，采取了在银粉喷射雾化过程中将氧化锡粉体混入的办法，提高了氧化锡粉体的混合均匀性，改善了氧化锡粉体和银粉的润湿性。中国专利CN1417817采用粉末冶金工艺，为提高触头材料的导电性，抗熔焊性和耐电弧烧损性能，在银、氧化锡粉体以外还添加了其它材料。中国专利CN101707157A为改善氧化锡在银基体中的分布，提出采用合成得到的氧化锡纳米颗粒，同时提高了氧化锡纳米颗粒的导电性以进一步降低触头材料的电阻。

3.化学镀

化学镀是在氧化锡粉体表面采用化学还原法沉积银粉，以促进氧化锡粉体在银基体中的分散，同时改善氧化锡和银粉的润湿性和后续材料的加工性能。如中国专利CN101034633采用化学包覆法制备了银包覆氧化锡复合粉体，同时为提高材料性能还掺入了氧化钨。中国专利CN101088680将氧化锡悬浮于硝酸银溶液中，后将银离子转化为碳酸银，经过高温热处理就得到银氧化锡复合粉体。中国专利CN101510479采用了氯化亚锡还原银氨离子得到金属银，在氧化锡粉体表面沉积银，将该复合粉体和剩余量的金属银粉进行球磨混合得到银氧化锡复合粉体。该方法为了保证金属银还原析出时的形貌以保证均匀性的要求，需对银离子进行络合，给后续的达到环保要求的水处理带来很大的压力。

4.反应合成法

反应合成法是采用原位合成技术，利用特殊设备合成得到银氧化锡复合粉体。