铜基电触头材料是低压电器用电触头材料节银环保的重要发展方向。铜基材料作为电触头材料最大的障碍在于其抗氧化性差造成的接触状态的不稳定性,对开发新型铜基电触头的设计提出更高的要求。目前解决接触状态不稳定的关键所在是调控第二相与基体之间的润湿性。本文将透明导电氧化物颗粒（TCO_p）引入铜基电触头材料中,围绕TCO_p/Cu界面润湿性的问题,采用第一性原理计算方法对TCO_p/Cu电触头材料进行设计,并通过粉末冶金方法制备了TCO_p/Cu基电触头材料,系统研究了界面润湿性对材料致密化程度和烧结特性以及抗烧蚀性能的影响。利用第一性原理方法研究了TCO_p/Cu界面润湿性。通过对SnO₂进行掺杂,研究了二元TCO_p/Cu界面结合特性。低价掺杂能够诱导界面处形成更多的Cu-O键,表现出更强的亲和力,对于界面润湿性有着提高作用。二元TCO_p对界面润湿性的影响与氧化物本身中的缺陷类型有关,受主掺杂产生的电子空穴对界面稳定性起到提高作用,施主掺杂提供多余电子降低了界面稳定性。低价掺杂产生的电子空穴促进了界面处Cu与O之间的电荷转移,界面由离子键向混合离子-共价键的转变。Zn₂SnO₄/Cu界面分离功的计算结果发现,Zn₂SnO₄与Cu之间表现出更高的界面稳定性。键长计算显示,界面处Cu-O键强于SnO₂/Cu和二元TCO_p/Cu界面处Cu-O键,并且Cu-O键具有一定的方向性,即界面处Cu和O原子形成以O原子为中心的四面体结构。Zn₂SnO₄/Cu界面处态密度、电荷密度和差分电荷密度的研究表明,Cu与O原子之间的电荷转移形成混合离子-共价键,从而提高界面润性。Zr合金元素对TCO_p/Cu界面结合特性的影响的研究发现,Zr的添加均可提高TCO_p/Cu界面结合强度。高温座滴实验中金属液滴在Zn₂SnO₄基板上铺展,形成的润湿角明显低于属液滴与SnO₂之间的润湿角,表明Zn₂SnO₄能够有效提高界面润湿性,验证了第一性原理计算方法对TCO_p/Cu界面分离功和润湿性研究的正确性和可靠性。基于第一性原理的研究结果,采用粉末冶金方法制备了TCO_p/Cu复合材料。对不同压制压力所制备的TCO_p/Cu电触头材料压坯在950°C进行烧结后发现,随着初压压力的上升,烧结件的收缩程度逐渐降低,确定了初压的最优压制压力为250³00 MPa以及热挤压-轧制的后续处理工艺。润湿性对致密化程度和烧结特性的研究结果表明,低价掺杂的SnO₂和三元TCO_p能够促进压坯的强化烧结及提高致密度。Cu²⁺掺杂的SnO₂,Zn₂SnO₄及Bi₂Sn₂O₇与Cu颗粒在粘接面处形成烧结颈,烧结颈的形成表明低价掺杂的SnO₂和三元TCO_p能够有效调控和改善SnO₂与Cu之间的润湿性。二元TCO_p及三元TCO_p对SnO₂/Cu的致密化程度的影响规律与第一性原理计算结果一致,表明利用第一性原理方法计算界面润湿性可以有效预测陶瓷增强铜基电触头材料的烧结特性,为铜基电触头材料的制备提供设计原则。在电弧作用下,电触头表面形貌发生较大变化,主要为液桥断裂形成岛状突起,气体逸出产生孔洞、电磁搅拌形成烧蚀坑以及急冷组织。Cu电触头材料在烧蚀过程中,氧容易在晶界扩散,在晶粒外形成导电性差的氧化物膜,导致接触电阻急剧升高并发生熔焊失效现象,添加Sn基氧化物能够有效提高电触头的抗熔焊性。触头表面SnO₂及Cu²⁺掺杂的SnO₂的分布状态的分析表明,对SnO₂进行低价掺杂能提高陶瓷相与基体之间的润湿性,在一定程度上改善了触头表面的接触特性。Zn₂SnO₄/Cu电弧烧蚀行为的研究表明,Zn₂SnO₄能够显著提高铜基电触头材料的抗电弧烧蚀性能,具有更稳定的接触电阻及较低的质量损失。Zn₂SnO₄/Cu界面良好的润湿性保证了材料表面熔池中Zn₂SnO₄均匀分布,有效提高材料的抗烧蚀性能。对Zn₂SnO₄/Cu电触头材料的抗电弧烧蚀性的机制研究表明,在电弧作用下表面形成熔池,熔池中吸收氧气,Zr优先氧化,所形成的的Zr的氧化物及Zn₂SnO₄能够提高熔池粘度,提高了电触头材料的接触稳定性。因此Zn₂SnO₄/Cu材料有望作为新型铜基电触头材料应用于低压电器,此外,基于第一性原理对相界面润湿性的计算,建立了界面润湿性与TCO_p/Cu电触头材料抗烧蚀性能之间的联系,为新型铜基电触头材料的设计提供更简便有效的途径。