【摘 要】
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触头作为继电器中频繁使用的部件,其故障率占继电器故障的90%,因此触头性能的好坏影响着继电器的可靠性和使用寿命。然而触头表面在长时间的接触中,会因为摩擦、高温使接触电阻增大,因此本文拟通过改进触头材料来改善现状。AgSnO2材料作为电接触材料,在使用过程中由于触头之间的碰撞挤压形成高温电弧,冷却后析出SnO2晶体,而其作为宽禁带半导体导电性较差,附着在触头材料表面,导致接触电阻增大影响触头的使用寿
【基金项目】
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国家自然科学基金（项目号:51777057）金属掺杂对汽车继电器触头材料导电、导热行为的作用机制；
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触头作为继电器中频繁使用的部件,其故障率占继电器故障的90%,因此触头性能的好坏影响着继电器的可靠性和使用寿命。然而触头表面在长时间的接触中,会因为摩擦、高温使接触电阻增大,因此本文拟通过改进触头材料来改善现状。AgSnO2材料作为电接触材料,在使用过程中由于触头之间的碰撞挤压形成高温电弧,冷却后析出SnO2晶体,而其作为宽禁带半导体导电性较差,附着在触头材料表面,导致接触电阻增大影响触头的使用寿命。为解决以上问题,本文主要开展了以下工作。首先,利用基于第一性原理的Material Studio软件对掺杂W元素的SnO2模型进行仿真,根据晶胞模型确定五种掺杂比例,分别为25%、16.7%、12.5%、8.33%、6.25%。由结构优化后的晶体,计算得到体系的形成能、能带、态密度、原子布局以及弹性模量。结果表明,W元素的掺杂能够使SnO2形成稳定结构,同时晶体中的载流子数量明显提升,能够有效地改善SnO2的导电性。针对掺杂W为16.7%的模型进行声子谱计算,得到掺杂后材料的热力学稳定性较高。其次,利用溶胶凝胶法制备出上述五种不同比例下W掺杂的SnO2粉末,并进行XRD实验分析,结果表明该方法可以制备得到纳米级的SnO2粉末且有助于改善AgSnO2材料的制备工艺。利用粉末冶金法制备AgSnO2材料,并进行硬度、电导率和电性能测试,综合分析后得到,当掺杂比为16.7%时,触头材料的接触电阻较低,导电性能较好。最后,在单掺W比例为16.7%的基础上,进行La-W、Y-W两种元素共掺AgSnO2实验,经过XRD实验确认掺杂结果的正确性。通过对三种材料物理性能和电性能测试结果的比较,得到16.7%的W单掺AgSnO2材料的性能最优。实验结果与仿真计算结果一致,可以验证仿真结果的准确性。
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