AlO/Cu复合材料耐电击穿性能的研究

摘要

本研究以Al2O3/Cu复合材料为研究对象,采用外加氧化铝颗粒方式制备Al2O3/Cu复合材料。探讨了氧化物第二相粒子的尺寸、数量和分布对电弧运动特性的作用,揭示了显微组织对Al2O3/Cu复合材料耐电弧烧蚀的影响机理。经过对比研究了显微组织与材料性能的关系,进一步研究了材料在真空高电压中的电击穿现象,明确了阴极斑点运动特征和组织性能之间的关系,并对影响耐电压强度及截流值等电学性能的重要因素进行了分析。通过研究可得到以下结论： Al2O3粒子越小,材料的硬度越大,而电导率略有下降。粒子含量越高,材料的硬度陡升而电导率陡降。随着粒子的分布均匀性的提高材料的硬度和电导率都一定的提高。随着球磨时间的提高,材料的均匀性有所改善,但时间过长,纳米级粒子又会出现团聚和分布不均匀的现象。 随着Al2O3粒径的减小,材料的耐电压强度明显增大,电弧寿命延长,截流值减小；随着粒子含量的增大,耐电压强度先升有降,而电弧寿命先延长后缩短,截流值一直减小；随着粒子分布均匀性的提高,材料的耐电压击穿性能得到改善。 从烧蚀的表现来看,材料的烧蚀程度是和粒子的大小、浓度和分布均匀性有很大关系。在一定浓度范围内,粒子越小,分布越均匀,烧蚀程度越轻,烧蚀面积增大,蚀坑明显变浅；但含量过高,粒子间距过小,会引起集中烧蚀,烧蚀面积较小且蚀坑较深。 根据电弧产生机理和运动行为的理论,认为电弧的能量、运动方式和表面微区熔体的性质是影响烧蚀的主要因素。当电弧可以在多个微区同时产生时,电弧可以快速运动,从中心向外铺展。如果各“优先击穿微区”间距过大,电弧会滞留,过小会汇聚成单根高能量的电弧,从而产生集中烧蚀。从表面熔体性质的角度来看,增大熔体粘度可以在一定程度上减轻烧蚀程度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 前言

1.1选题背景及意义

1.1.1触头材料的耐电击穿性能的研究现状

1.1.2氧化物／金属体系触头材料的耐电击穿性能的研究现状

1.2真空电击穿、真空电弧和真空电弧烧蚀

1.2.1真空击穿

1.2.2真空电弧

1.2.3真空电弧烧蚀

1.3本课题的主要研究内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

2材料的制备及实验方法

2.1材料的制备

2.1.1原料的选择

2.1.2工艺流程

2.2材料制备中的工艺问题

2.2.1氧化铝粉末的预处理

2.2.2氧化铝粒子的形貌观察

2.2.3氧化铝颗粒在铜基体的分散

2.2.4材料的致密性问题

2.3金相试样的制备

2.4材料的物理性能测试

2.4.1硬度测试

2.4.2电导率测试

2.4.3致密度测试

2.5真空击穿试验

2.5.1实验电路和测量方法

2.5.2耐电压强度的测量

2.5.3截流值和电弧寿命的测量

2.6主要实验设备

3氧化铝粒子大小对Al2O3/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响

3.1试样制备

3.2金相组织观察

3.3物理性能

3.4真空电击穿试验结果及分析

3.4.1 Al2O3／Cu复合材料的耐电弧烧蚀行为的特点

3.4.3 100次真空电击穿实验的结果及分析

3.5本章主要结论

4氧化铝含量对Al2O3／Cu复合材料的耐电击穿性能的影响

4.1试样制备

4.2金相组织观察

4.3物理性能

4.4真空击穿试验结果及分析

4.4.1氧化铝的含量对材料的耐电压强度、截流值和电弧寿命的影响

4.4.2增强粒子的含量对Al2O3／Cu复合材料电弧烧蚀的影响

4.5本章主要结论

5氧化铝的分布对Al2O3/Cu复合材料的耐电击穿性能的影响

5.1试样制备

5.2金相组织观察及均匀性分析

5.2.1金相组织分析

5.2.2均匀性的定量分析

5.2.3 Al2O3／Cu均匀性计算及分析

5.3物理性能

5.4真空击穿试验结果及分析

5.4.1增强粒子的分布对材料的耐电压强度、截流值和电弧寿命的影响

5.4.2增强粒子的分布均匀性对Al2O3／Cu复合材料电弧烧蚀的影响

5.5本章主要结论

6.结论

致谢

参考文献