阅读说明：本技术 纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料及其制备方法 (Nano tin oxide fiber reinforced silver tin oxide low-voltage contact material and preparation method thereof ) 是由 王军 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开的纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料及其制备方法,按照质量分数,由以下组分组成：无序纳米氧化锡材料5-40％,微量元素0.5-7％,余量为银元素,以上组分的体积百分比为100％；本发明制备方法通过制备纺丝液、纺丝后退火处理、混合原料过滤、热压烧结、退火处理,得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料。本发明低压触点材料,有完整的导电通道,导电能力优良,具有高硬度和高熔点的特性,使触点材料的硬度和机械性能大幅提高。(The invention discloses a nano tin oxide fiber reinforced silver tin oxide low-voltage contact material and a preparation method thereof, wherein the nano tin oxide fiber reinforced silver tin oxide low-voltage contact material comprises the following components in percentage by mass: 5-40% of disordered nano tin oxide material, 0.5-7% of trace elements and the balance of silver element, wherein the volume percentage of the components is 100%; the preparation method comprises the steps of preparing spinning solution, annealing after spinning, filtering mixed raw materials, hot-pressing sintering and annealing to obtain the nano tin oxide fiber reinforced silver tin oxide low-voltage contact material. The low-voltage contact material has complete conductive channels, excellent conductive capability, high hardness and high melting point, and greatly improves the hardness and mechanical properties of the contact material.)

纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料及其制备方法

技术领域

本发明属于低压触点材料技术领域，具体涉及一种纳米氧化锡(SnO₂)纤维增强银氧化锡(Ag-SnO₂)低压触点材料，本发明还涉及一种纳米氧化锡(SnO₂)纤维增强银氧化锡(Ag-SnO₂)低压触点材料的制备方法。

背景技术

触点材料是继电器、断路器、接触器等低压开关电器中广泛应用的电接触元件，主要承担接通、断开电路和负载电流的作用，其性能直接关系到低压开关电器的稳定性。当前，低压电器中广泛使用的主要是银-氧化物低压触点材料。但是传统银氧化物触点材料，随着开断次数的增加、接触电阻、温升增加，触点材料的失效严重。根据低压电器向着大功率发展的要求及低压电器使用环境条件的复杂性，理想的低压触点材料必须满足以下基本要求：(1)良好的导电性能；(2)合适的硬度；(3)稳定的接触电阻；(4)优良的抗电弧侵蚀性能。

传统银-金属氧化物(Ag-MeO)低压触点材料，包括Ag-SnO₂、Ag-CdO、Ag-CuO和Ag-ZnO触点，其中第二相金属氧化物(MeO)都是以颗粒的形式分布于银基体中增强材料的机械性能和电器开断性能，但是因为各自的缺陷在低压电器中的应用范围受到限制。

Ag-SnO₂触点由于具有良好的抗电弧侵蚀性、耐磨损性、抗熔焊性能，主要应用于各类低压开关中；但是，由于SnO₂粒子和液态银的润湿性差，电弧作用下SnO₂粒子容易富集在触点材料表面，引起触点材料的接触电阻增大，温升较高，严重影响触点材料的电器性能。

Ag-CdO触点由于优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性和较低的接触电阻，长期以来在中等负荷开关中具有“万能触点”之称。但是，由于Ag-CdO触点在燃弧过程中产生的Cd蒸汽有毒，对环境和人体有害，从上世纪90年代起已经逐渐被环保型触点材料取代。

Ag-CuO触点材料由于具有低的接触电阻，良好的热稳定性以及优良的抗电弧侵蚀能力而受到人们的重视。目前，Ag-CuO触点主要应用在小型断路器和直流接触器中，已经成为替代有环保型缺陷的Ag-CdO触点的一种较为理想的触点材料。但是，传统Ag-CuO触点材料硬度低、机械磨损大，抗电弧侵蚀和抗熔焊性能不佳，限制了其在低压电器中的应用。

Ag-ZnO触点材料具有良好的抗大电流冲击、良好的分断性能和抗烧蚀性，主要应用在小容量开关电器中。但是，由于ZnO粒子硬度大，和液态银侵润性差的问题，导致触点材料接触电阻大，温升过快以及加工性能差的问题，限制了Ag-ZnO触点在大功率低压电器中的应用。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料，解决了现有SnO₂粒子和液态银的润湿性差，电弧作用下SnO₂粒子容易富集在触点材料表面，引起触点材料的接触电阻增大的问题。

本发明的第二个目的是提供一种纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡材料5-40％，微量元素0.5-7％，余量为银元素，以上组分的体积百分比为100％。

本发明的特征还在于，

微量元素具体为Cu、W、La或Bi元素中的任意一种、两种、三种或四种的组合。

微量元素具体为Fe、Ni或Co元素中的任意一种、两种或三种的组合。

无序纳米氧化锡通过静电纺丝工艺制备获得，其纤维直径为50-800nm，长径比不小于20。

本发明所采用的技术方案是，纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将DMF和乙醇按照质量比1:1的溶液混合，再添加聚乙烯基吡咯烷酮PVP，磁力搅拌8-10h直至成透明溶液；将五水四氯化锡溶于所述透明溶液，随后加入金属离子，磁力搅拌5-8h，得到纺丝液，备用；

其中聚乙烯基吡咯烷酮为纺丝液质量的16-20％，所述五水四氯化锡与金属离子的总质量为纺丝液质量的10-15％；

步骤2，将步骤1的纺丝液放置于通过静电纺丝装置中处理，得到无序纳米氧化锡材料前驱体；将无序纳米氧化锡材料前驱体置于马弗炉中退火处理，得到无序SnO₂纳米纤维；

步骤3，将步骤2中的无序SnO₂纳米纤维、微量元素和银粉混合，放入乙醇溶液中磁力搅拌均匀，随后过滤，去除清液得到Ag-SnO₂粉末；

步骤4，将步骤3得到的Ag-SnO₂粉末冷压成型，随后在真空热压烧结炉中热压烧结，然后在马弗炉中退火处理，炉冷，得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料。

本发明的特征还在于，

步骤1中金属离子即为微量元素，具体为Cu、W、La或Bi元素中的任意一种、两种、三种或四种的组合；或者为Fe、Ni或Co元素中的任意一种、两种或三种的组合。

步骤2中退火处理的参数为：在温度为500-600℃时焙烧2h；

静电纺丝装置参数：纺丝电压15-20KV，纺丝距离10-20cm。

步骤3中混合方式为高能球磨混合或湿化学法混合粉末。

步骤4中冷压成型的参数为：在万能试验机50吨压力下冷压成型，压力不小于30Mpa；；

热压烧结的参数为：温度为850-900℃，保温2h；

退火处理的参数为：温度450-500℃时退火2h。

步骤3中纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡材料5-40％，微量元素0.5-7％，余量为银元素，以上组分的质量百分比为100％；

无序纳米氧化锡纤维直径为50-800nm，长径比不小于20。

本发明的有益效果是：本发明的纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料，通过添加金属银，使触点材料中有完整的导电通道，从而具有优良导电能力；通过加入高含量的无序纳米氧化锡纤维，解决了低压触点材料抗电弧侵蚀能力不足的问题，同时使得电弧作用下氧化锡纤维不易上浮到触点表面，触点的接触电阻性能得到改善，且由于无序纳米氧化锡纤维具有高硬度和高熔点的特性，使触点材料的硬度和机械性能大幅提高。

附图说明

图1是本发明实施例1制备方法得到的SnO₂纤维显微照片；

图2是本发明实施例2制备方法得到的SnO₂纤维显微照片；

图3是本发明实施例3制备方法得到的SnO₂纤维显微照片；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡材料5-40％，微量元素0.5-7％，余量为银元素，以上组分的体积百分比为100％；无序纳米氧化锡通过静电纺丝工艺制备获得，其纤维直径为50-800nm，长径比不小于20。

微量元素具体为Cu、W、La或Bi元素中的任意一种、两种、三种或四种的组合；或者为Fe、Ni或Co元素中的任意一种、两种或三种的组合。

纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将DMF和乙醇按照质量比1:1的溶液混合，再添加聚乙烯基吡咯烷酮PVP，磁力搅拌8-10h直至成透明溶液；将五水四氯化锡溶于所述透明溶液，随后加入金属离子，磁力搅拌5-8h，得到纺丝液，备用；

其中乙烯基吡咯烷酮为纺丝液质量的16-20％，所述五水四氯化锡与金属离子的总质量为纺丝液质量的10-15％；

根据需要加入所需金属离子，金属离子即为微量元素，具体为Cu、W、La或Bi元素中的任意一种、两种、三种或四种的组合；或者为Fe、Ni或Co元素中的任意一种、两种或三种的组合。例如Cu元素以硫酸铜CuNO₃形式添加。

步骤2，将步骤1的纺丝液放置于通过静电纺丝装置中处理，设置纺丝电压15-20KV，纺丝距离10-20cm，得到无序纳米氧化锡材料前驱体；将无序纳米氧化锡材料前驱体置于马弗炉中在温度500-600℃时焙烧2h退火处理，得到无序SnO₂纳米纤维；

步骤3，将步骤2中的无序SnO₂纳米纤维、微量元素和银粉混合，放入乙醇溶液中磁力搅拌均匀，随后过滤，去除清液得到Ag-SnO₂粉末；

混合方式为高能球磨混合或湿化学法混合粉末。

步骤4，将步骤3得到的Ag-SnO₂粉末冷压成型，随后在真空热压烧结炉中热压烧结，然后在马弗炉中退火处理，炉冷，得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料；

冷压成型的参数为：在万能试验机50吨压力下冷压成型，压力不小于30Mpa；热压烧结的参数为：温度为850-900℃，保温2h；退火处理的参数为：温度450-500℃时退火2h。

实施例1

步骤1、将DMF和乙醇按照质量比1:1的溶液混合，再添加聚乙烯基吡咯烷酮PVP，磁力搅拌8h直至成透明溶液；将五水四氯化锡溶于透明溶液，随后加入Cu和W金属离子，磁力搅拌5h，得到纺丝液，备用；

其中聚乙烯基吡咯烷酮为纺丝液质量的18％，五水四氯化锡与金属离子的总质量为纺丝液质量的10％；

步骤2，将步骤1的纺丝液放置于通过静电纺丝装置中处理，设置纺丝电压15KV，纺丝距离10cm，得到无序纳米氧化锡材料前驱体；将无序纳米氧化锡材料前驱体置于马弗炉中在温度500℃时焙烧2h退火处理，得到无序SnO₂纳米纤维；

步骤3，将步骤2中的无序SnO₂纳米纤维、微量元素和银粉通过高能球磨混合，放入乙醇溶液中磁力搅拌均匀，随后过滤，去除清液得到Ag-SnO₂粉末；

步骤4，将步骤3得到的Ag-SnO₂粉末冷压成型，随后在真空热压烧结炉中热压烧结，然后在马弗炉中退火处理，炉冷，得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料；

冷压成型的参数为：在万能试验机50吨压力下冷压成型，压力为30Mpa；热压烧结的参数为：温度为850℃，保温2h；退火处理的参数为：温度450℃时退火2h。

制备出的触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡25％，Cu和W之和元素1％，其余为银，以上组分的质量百分比为100％。如图1所示，为触点材料的显微照片，纤维无序分布，纤维直径为300nm，长径比为20。

实施例2

步骤1、将DMF和乙醇按照质量比1:1的溶液混合，再添加聚乙烯基吡咯烷酮PVP，磁力搅拌8-10h直至成透明溶液；将五水四氯化锡溶于透明溶液，随后加入金属离子Fe、Ni和Co三种，磁力搅拌5-8h，得到纺丝液，备用；

其中聚乙烯基吡咯烷酮为纺丝液质量的16％，五水四氯化锡与金属离子的总质量为纺丝液质量的15％；

步骤2，将步骤1的纺丝液放置于通过静电纺丝装置中处理，设置纺丝电压16KV，纺丝距离12cm，得到无序纳米氧化锡材料前驱体；将无序纳米氧化锡材料前驱体置于马弗炉中在温度530℃时焙烧2h退火处理，得到无序SnO₂纳米纤维；

步骤3，将步骤2中的无序SnO₂纳米纤维、微量元素和银粉通过湿化学法混合，放入乙醇溶液中磁力搅拌均匀，随后过滤，去除清液得到Ag-SnO₂粉末；

步骤4，将步骤3得到的Ag-SnO₂粉末冷压成型，随后在真空热压烧结炉中热压烧结，然后在马弗炉中退火处理，炉冷，得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料；

冷压成型的参数为：在万能试验机50吨压力下冷压成型，压力为35Mpa；热压烧结的参数为：温度为860℃，保温2h；退火处理的参数为：温度460℃时退火2h。

制备出的触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡30％，Fe、Ni和Co元素之和为4％，其余为银，以上组分的质量百分比为100％。如图2所示，为触点材料的显微照片，纤维无序分布，纤维直径为100nm，长径比为25。

实施例3

步骤1、将DMF和乙醇按照质量比1:1的溶液混合，再添加聚乙烯基吡咯烷酮PVP，磁力搅拌9h直至成透明溶液；将五水四氯化锡溶于透明溶液，随后加入金属离子Cu，磁力搅拌7h，得到纺丝液，备用；

其中聚乙烯基吡咯烷酮为纺丝液质量的17％，五水四氯化锡与金属离子的总质量为纺丝液质量的12％；

步骤2，将步骤1的纺丝液放置于通过静电纺丝装置中处理，设置纺丝电压17KV，纺丝距离15cm，得到无序纳米氧化锡材料前驱体；将无序纳米氧化锡材料前驱体置于马弗炉中在温度560℃时焙烧2h退火处理，得到无序SnO₂纳米纤维；

步骤3，将步骤2中的无序SnO₂纳米纤维、微量元素和银粉以湿化学法混合，放入乙醇溶液中磁力搅拌均匀，随后过滤，去除清液得到Ag-SnO₂粉末；

步骤4，将步骤3得到的Ag-SnO₂粉末冷压成型，随后在真空热压烧结炉中热压烧结，然后在马弗炉中退火处理，炉冷，得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料；

冷压成型的参数为：在万能试验机50吨压力下冷压成型，压力为35Mpa；热压烧结的参数为：温度为880℃，保温2h；退火处理的参数为：温度470500℃时退火2h。

制备出的触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡200％，铜元素为3％，其余为银，以上组分的质量百分比为100％。如图3所示，为触点材料的显微照片，纤维无序分布，纤维直径为550nm，长径比为20。

实施例4

步骤1、将DMF和乙醇按照质量比1:1的溶液混合，再添加聚乙烯基吡咯烷酮PVP，磁力搅拌10h直至成透明溶液；将五水四氯化锡溶于透明溶液，随后加入金属离子Fe，磁力搅拌8h，得到纺丝液，备用；

其中聚乙烯基吡咯烷酮为纺丝液质量的19％，五水四氯化锡与金属离子的总质量为纺丝液质量的14％；

步骤2，将步骤1的纺丝液放置于通过静电纺丝装置中处理，设置纺丝电压18KV，纺丝距离18cm，得到无序纳米氧化锡材料前驱体；将无序纳米氧化锡材料前驱体置于马弗炉中在温度580℃时焙烧2h退火处理，得到无序SnO₂纳米纤维；

步骤3，将步骤2中的无序SnO₂纳米纤维、微量元素和银粉以高能球磨混合，放入乙醇溶液中磁力搅拌均匀，随后过滤，去除清液得到Ag-SnO₂粉末；

步骤4，将步骤3得到的Ag-SnO₂粉末冷压成型，随后在真空热压烧结炉中热压烧结，然后在马弗炉中退火处理，炉冷，得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料；

冷压成型的参数为：在万能试验机50吨压力下冷压成型，压力为45Mpa；热压烧结的参数为：温度为890℃，保温2h；退火处理的参数为：温度490℃时退火2h。

制备出的触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡12％，铁元素为6％，其余为银，以上组分的质量百分比为100％。

实施例5

步骤1、将DMF和乙醇按照质量比1:1的溶液混合，再添加聚乙烯基吡咯烷酮PVP，磁力搅拌8-10h直至成透明溶液；将五水四氯化锡溶于透明溶液，随后加入金属离子Bi元素，磁力搅拌5-8h，得到纺丝液，备用；

其中聚乙烯基吡咯烷酮为纺丝液质量的20％，五水四氯化锡与金属离子的总质量为纺丝液质量的15％；

步骤2，将步骤1的纺丝液放置于通过静电纺丝装置中处理，设置纺丝电压20KV，纺丝距离20cm，得到无序纳米氧化锡材料前驱体；将无序纳米氧化锡材料前驱体置于马弗炉中在温度600℃时焙烧2h退火处理，得到无序SnO₂纳米纤维；

步骤3，将步骤2中的无序SnO₂纳米纤维、微量元素和银粉以高能球磨混合，放入乙醇溶液中磁力搅拌均匀，随后过滤，去除清液得到Ag-SnO₂粉末；

步骤4，将步骤3得到的Ag-SnO₂粉末冷压成型，随后在真空热压烧结炉中热压烧结，然后在马弗炉中退火处理，炉冷，得到纳米氧化锡纤维增强银氧化锡低压触点材料；

冷压成型的参数为：在万能试验机50吨压力下冷压成型，压力为30Mpa；热压烧结的参数为：温度为900℃，保温2h；退火处理的参数为：温度500℃时退火2h。

制备出的触点材料，按照质量分数，由以下组分组成：无序纳米氧化锡35％，Bi元素为2％，其余为银，以上组分的质量百分比为100％。

由以上实施例1-5可知，制备的触电材料导电性、硬度、接触电阻、温升优良，有很好的实用价值。