纳米纤维/颗粒增强Ag基触点电弧侵蚀行为研究

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触点材料作为电器的重要组成部分,在电路中起到联接和开断电路的作用。银金属氧化物(Ag-MeO)触点材料具有优异的导电性、抗电弧侵蚀性和抗熔焊性,是目前应用最广泛的触点材料。Ag-SnO2材料作为应用最广的低压触点材料目前主要问题是电弧烧蚀后SnO2颗粒易于上浮在Ag熔池表面,导致触点接触电阻变大、温升升高,严重影响电触点的寿命。本课题通过静电纺丝方法制备微量掺杂CuO的纳米SnO2纤维,加入到传统的SnO2颗粒增强Ag基触点中,构建纳米纤维/颗粒混杂增强的银基触点结构,通过SnO2纤维加入来抑制熔池中SnO2颗粒的上浮,从而提高Ag-SnO2触点材料的电接触性能。同时TiN陶瓷颗粒相比传统SnO2颗粒具有高熔点、高热稳定性,但是TiN陶瓷颗粒具有更高的电导率具有半导体材料特性,因此Ag-TiN触点在电弧开断时TiN颗粒浮到银基触点表面。相比Ag-SnO2触点材料,Ag-TiN触点具有低的接触电阻和温升,研究和开发新型TiN颗粒增强银基触点材料是传统Ag-SnO2触点的有力补充。静电丝法制备的纳米SnO2纤维的研究表明,纳米SnO2纤维膜的最佳热处理温度为600℃保温2小时,升温速率为1℃/min。纳米SnO2纤维和银粉经过合适的球磨混合后纤维的结构不会被破坏,SPS热压烧结制备的银基触点材料纳米SnO2纤维增强相分布均匀,致密度高。实验结果表明在电弧开断初期,SnO2纤维/颗粒混杂增强的银基触点与纯SnO2颗粒增强的触点表面形貌差异较小,均表现出良好的抗电弧侵蚀能力;随着电弧开断次数的增加,纯SnO2颗粒增强的触点表面烧蚀严重,质量损失大并有颗粒上浮至表面。5万次电弧开断后,纳米SnO2纤维增强的触点仍具有良好的电接触性能,表面烧蚀形貌完整,质量损失较小,同时接触面电弧侵蚀程度小、温升较低,具有较好的电接触性能。结果表明静电纺丝制备的纳米SnO2纤维具有良好的抗电弧侵蚀能力,经过多次电弧烧蚀也不易分解,较好的抑制了颗粒上浮,减少了触点的质量损失,纳米SnO2纤维的加入对传统的Ag-SnO2触点起到显著的改善作用,有效提高触点的电寿命和电接触性能。研究发现Ag-TiN触点在多次电弧烧蚀后,TiN会分解与O2在高温下形成TiO2附着于触点表面,随着电弧开断次数的增加,逐渐有TiO2枝晶形成附着于触点表面的TiO2富集区内。由于TiO2材料的形成与枝晶产生过程吸收大量电弧开断过程的能量,有助于触点灭弧,Ag-TiN触点抗电弧侵蚀性能显著提高。随着开断次数的增加,Ag-TiN触点温升有较大的提高,但由于生成的TiO2结构热稳定性高并具有半导体材料特性,5万次电弧开断后其仍具有一定的电接触能力与抗电弧侵蚀能力。
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