[发明专利]一种功函数可调的银基电接触材料制备方法

说明书

本发明公开了一种功函数可调的银基电接触材料制备方法，该方法以Th、Ce或Ba作为功函数调控剂，采用中频感应熔炼法结合内氧化法制备了功函数可调的AgSnO₂触点材料。本发明方法能够改善传统AgSnO₂触点材料的表面功函数，降低表面温升效应与烧蚀程度，提升其抗电弧侵蚀能力与电寿命服役周期。

技术领域

本发明涉及电接触材料的制备，特别是一种应用于纳米电接触、新能源低压开关电器等领域的功函数可调的银基电接触材料的制备方法。

背景技术

银基复合触点材料作为电连接元件材料因具有良好的耐电磨损、抗熔焊性、导电性、接触电阻小且稳定等性能而被广泛应用于各种轻重负荷的航空航天电器、高低压电器、汽车电器、家用电器等领域。然而，传统AgSnO₂等银基复合触点材料在电弧热、力共同作用下易发生触点材料的使用寿命提前失效，甚至发生严重的安全事故。究其原因在于触点材料在分断过程中形成的电弧对触点表面传输了高达上千的热量，造成严重的表面烧蚀作用，加剧了触点材料表面微观结构与电接触性能的退化。可以发现，通过改变工作气氛种类、灭弧方式或触点表面形状对减轻电弧烧蚀作用不大。而触点材料的功函数是决定电弧烧蚀的内在关键因素。已有研究表明，材料表面的功函数直接影响到触点材料表面热电子的发射能力，进而影响到触点表面的温度场分布状况，以及热电子对触点表面的热冲击与烧蚀程度。调控减小接触表面的功函数，有助于提高热电子发射能力，降低接触表面的温度，进而减轻触点表面的温升效应与烧蚀程度，延长触点材料的电寿命服役性能和安全可靠性。现有调控接触表面功函数的方法主要通过晶体取向、表面缺陷、吸附原子、台阶密度、材料种类等，前四者在制备技术上属于微观层面的调控，难以精确调控，而材料种类亦是影响体系表面逸出功的关键因素。相关文献表明，在AgSnO₂触点材料体系中引入的第三组元(比如Bi、Cu、Ni等)，有助于AgSnO₂触点材料的物理性能和电寿命服役性能。而关于从功函数可调的研究思路出发，于内氧化制备技术中引入特定的功函数调控剂，达到AgSnO₂触点材料综合性能优化目的的研究却鲜有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种功函数可调的AgSnO₂触点材料制备方法，以Th、Ce或Ba为功函数调控剂，采用中频感应熔炼结合内氧化法制备了功函数可调的AgSnO₂触点材料。该方法制得的产品能够用于改善传统AgSnO₂触点材料的表面功函数，降低表面温升效应与烧蚀程度，提升其抗电弧侵蚀能力与电寿命服役周期。本发明为制备出具有长寿命服役周期的新能源领域用新型氧化物增强银基复合触点材料提供新思路。

为解决上述技术问题，本发明所采用的解决方案是：

一种功函数可调的银基电接触材料制备方法，具体包括以下步骤：

(1)功函数可调改性AgSn合金

以Th、Ce、Ba等中的一种作为功函数调控剂，Ni组元为晶粒细化剂，采用中频感应熔炼法获得组织均一的改性AgSn合金铸锭。在真空手套箱环境中称取一定量的Ag锭、Sn锭、Th粉、Ce粉、Ba粉、Ni粉等原料(详细配方见表1)，并将称量好的原料导入石墨坩埚内。然后，将载有原料的石墨坩埚置入中频感应熔炼炉中，设置好相应的熔炼温度(1000～1400℃)，并于一定的熔炼时间(8～12h)充分反应，最终获得功函数可调的Th、Ce或Ba改性AgSn合金铸锭，并对获得的改性AgSn合金铸锭进行了功函数表征。

表1组元配方与熔炼工艺

(2)功函数可调改性AgSnO₂触点材料