[发明专利]一种复杂导电氧化物改性铜基电接触材料及其制备方法

说明书

一种复杂导电氧化物改性铜基电接触材料及其制备方法，涉及一种铜基电接触材料及其制备方法。本发明是要解决低压电器开关分断触头寿命短的问题。复杂导电氧化物改性铜基电接触材料按质量百分比由复杂导电氧化物、镧、锆和余量的铜组成；复杂导电氧化物的分子式为Zn_xCd_(2‑x)SnO₄，分子式中x为0～2。制备方法：称取二水醋酸镉、二水醋酸锌、五水氯化锡和铜合金粉末并分别溶于蒸馏水中搅拌得到悬浊液，调整pH值，得到沉淀物，洗涤，真空干燥，煅烧，过筛，冷压成型，烧结，挤压或轧制。本发明材料制备的触头件具有较高的接触导电能力、自灭弧能力、与基体润湿性和耐电弧烧蚀性。本发明适用于制备铜基电接触材料。

技术领域

本发明属于电工材料领域，具体涉及一种铜基电接触材料及其制备方法。

背景技术

众所周知，大多数低压电器用电接触材料都是贵金属，如银基合金或复合材料材料。尽管银基材料可保证电接触元件的良好服役特性和电器的可靠工作，却导致了稀贵金属的大量消耗。与银相比，铜作为电接触材料最大的问题在于其易于氧化，且生成的氧化膜不导电。因此，以铜作为电接触材料基体时，必须要解决其在存储和服役过程中的氧化问题。目前研究结果认为，添加稀土元素(La、Ce、Y等)和微量元素(Zr、Te、In、Hf、Bi、Cd等)合金化能够有效控制铜的氧化膜生长速度。但在低压电器接通和分断时，电弧和焦耳热的作用仍然会使铜触头表面发生熔化和氧化，使其接触特性恶化。所以，如何有效控制铜触头工作层(表面氧化及电弧烧蚀形成的膜层)接触特性成为铜基电接触材料设计的关键性问题。

基于电接触理论和参照银基电接触材料设计原则，目前低压电器上使用的铜基材料大都在基体合金化的基础上，通过添加第二相构成耐烧蚀骨架和保证其表层接触特性。较早用于低压开关的Cu-C(石墨、金刚石等，近几年也有人提出石墨烯、碳纳米管等)触头是利用石墨的高导电性提高了铜触头的接触导通能力，同时起到了抗熔焊作用，使其具有极高的通断能力。但由于石墨与基体之间润湿性较差，在热-力循环载荷作用下裂纹易于快速扩展，造成早期失效，因而Cu-C(石墨)触头电寿命较短。也有研究人员在Cu-C(金刚石)系列触头材料的基础上添加金属相如Nb、V、W、Ta、Mo等，主要利用这些金属相不易氧化、且添加金属相的低价氧化物具有良好导电性的特点，保证材料表面工作层具有较高的转换稳定性和抗腐蚀特性，使之在一些电器上得到了产业化应用。但由于上述添加的金属相与基体之间润湿性较差，会导致材料快速失效；且在长期服役时表面金属氧化物会与水蒸气反应形成钨酸铜类绝缘产物，使触头失去接触转换功能。也有研究者参考Ag-MeO触头材料设计，在铜合金添加SnO₂、ZnO类氧化物及SiC、BN类陶瓷相作为第二相，但没有实际应用的报导。总之，目前这种设计思想所开发出的触头材料，已经无法满足接触器类长寿命电器和新型低接触压力高容量电器的要求。

发明内容

本发明是要解决低压电器开关分断触头寿命短的问题，而提供一种复杂导电氧化物改性铜基电接触材料及其制备方法。

本发明复杂导电氧化物改性铜基电接触材料按质量百分比由2％～15％的复杂导电氧化物、0.004％～0.01％的镧、0.1％～0.3％的锆和余量的铜组成；

所述复杂导电氧化物的分子式为Zn_xCd_(2-x)SnO₄，分子式中x为0～2。

本发明复杂导电氧化物改性铜基电接触材料的有益效果为：

1、本发明采用复杂导电氧化物作为第二相和基体合金化的原则进行材料设计，并通过液相原位合成共沉积及后续热处理等方法实现材料制备，获得耐电弧烧蚀性高、接触电阻低且稳定的新型铜基电接触材料；本发明制备的复杂导电氧化物改性铜基电接触材料用于电磁轨道炮导轨及高速列车受电弓滑板等强电弧烧蚀环境电能转换装置电接触元件的制造。