银基低压触头材料电弧侵蚀机理研究

摘要

本文采用粉末冶金法和放电等离子烧结法(SPS)分别制备了Ag基触头材料,系统研究了增强相粒度、烧结温度、烧结工艺以及导电增强相TiB2和非导电增强相SnO2对Ag基触头材料组织、硬度、导电率、致密度以及电弧侵蚀的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对Ag基触头材料组织、物相成分及侵蚀形貌进行了表征与分析。通过以上研究得出以下结论:
　　(1)随着TiB2颗粒的减小,TiB2颗粒更加均匀弥散地分布在Ag基体上。50次电弧作用下,Ag-4wt％TiB2触头材料的质量损失和燃弧时间随着第二相粒度的减小而减小。TiB2粒度为1.3μm时,Ag-4wt％TiB2触头材料质量损失最小,为1.5mg,且燃弧时间最短,为21.48ms。随着第二相粒度的减小,Ag-4wt％TiB2触头材料侵蚀区域变大,侵蚀坑变浅,烧蚀程度降低。说明细小的TiB2颗粒可有效地改善Ag-4wt％TiB2触头材料耐电弧侵蚀性。
　　(2)在一定温度范围内,随着烧结温度的增加,采用放电等离子法制备Ag-4wt％TiB2触头材料的致密度逐渐增大,导电率和硬度也相应地增大。当烧结温度从650℃增加到750℃时,Ag-4wt％TiB2触头材料的致密度、导电率和硬度分别增加了8.2％,34.1％和68.3％。较高的SPS烧结温度制备的Ag-4wt％TiB2触头材料具有较短的燃弧时间。650℃,700℃和750℃制备的Ag-4wt％TiB2触头材料50次电弧侵蚀后的平均燃弧时间分别为18.85ms,18.48ms和18.39ms。燃弧时间的减小有助于提高材料的耐电弧侵蚀性能。随着烧结温度的提高,Ag-4wt％TiB2触头材料50次电弧侵蚀后蚀坑变浅,烧蚀区域变大,耐电弧侵蚀性能增强。
　　(3)相同烧结温度下,对粉末冶金法和放电等离子烧结法制备的银基触头材料进行对比研究发现,放电等离子烧结法制备的Ag-4wt％TiB2触头材料具有较高的致密度,而且50次电弧侵蚀后,侵蚀坑较浅,烧蚀区域较小,说明致密度的提高有助于改善Ag基触头材料的耐电弧烧蚀性。
　　(4)与非导电增强相SnO2制备的Ag-4wt％SnO2触头材料相比,导电增强相TiB2制备的Ag-4wt％TiB2触头材料具有较高的致密度(81.3％),良好的导电率(52.6％IACS)和较高的硬度(84.9HB)。50次电弧侵蚀后,Ag-4wt％TiB2触头材料平均燃弧时间较低,为21.48ms,燃弧时间波动较小,而Ag-4wt％SnO2触头材料平均燃弧时间较高,为22.41ms,并且燃弧时间波动较大。
　　(5)导电增强相TiB2制备的Ag基触头材料具有较高的热导率,电弧烧蚀程度较轻,电弧分散;非导电陶瓷增强相SnO2制备的Ag基触头材料热导率较低,材料表面电弧烧蚀严重,烧蚀坑大且深。说明良好的热导率有利于提高Ag基触头材料的耐电弧烧蚀性。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 Ag基低压触头材料的制备工艺

1.3 Ag基低压触头材料电弧侵蚀行为

1.4 电弧侵蚀的影响因素

1.5 电弧侵蚀的最新研究进展

1.6 本课题研究的目的与意义

1.7 本课题主要研究内容

2 实验方法及内容

2.1 材料制备

2.2 成分配比

2.3 粉末冶金法制备Ag基触头材料

2.4 放电等离子烧结法(SPS)制备Ag基触头材料

2.5 Ag基触头材料组织与性能表征

2.6 Ag基触头材料电弧侵蚀实验

3 TiB2粒度对Ag-4wt%TiB2触头材料组织与性能的影响

3.1 高能球磨工艺对TiB2粒度的影响

3.2 Ag-4wt%TiB2触头材料的显微组织

3.3 TiB2分布均匀性表征

3.4 TiB2粒度对Ag-4wt%TiB2触头材料性能的影响

3.5 不同TiB2粒度制备的Ag-4wt%TiB2触头材料的电弧侵蚀形貌

3.6 本章小结

4 放电等离子烧结法(SPS)制备Ag-4wt%TiB2触头材料

4.1 烧结温度对Ag-4wt%TiB2触头材料性能的影响

4.2 SPS烧结温度对Ag-4wt%TiB2触头材料组织的影响

4.3 SPS烧结温度对Ag-4wt%TiB2触头材料电弧侵蚀性能的影响

4.4 烧结工艺对AgTiB2触头材料电弧侵蚀行为的影响

4.5 本章小结

5 导电和非导电增强相对Ag基触头材料性能及电弧侵蚀的影响

5.1 导电和非导电增强相对Ag基触头材料性能的影响

5.2 触头材料50次电弧侵蚀后的燃弧时间

5.3 不同增强相TiB2和SnO2的银基触头材料的电弧侵蚀行为

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果