一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，具體為：首先制備摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠，將凝膠加入纖維成型劑中制得紡絲液，靜電紡絲得到摻雜Sb元素的SnO2纖維；然后將纖維與銀粉進(jìn)行機(jī)械混合，采用傳統(tǒng)工藝對銀?氧化錫纖維混合體進(jìn)行壓制?燒結(jié)?擠壓，即得到氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金。本發(fā)明方法通過Sb元素的有效摻雜提高了氧化錫的導(dǎo)電性，降低了觸頭合金體電阻，同時使第二相氧化物呈纖維狀分布并增強(qiáng)于銀基體內(nèi)部，解決了傳統(tǒng)的氧化物顆粒增強(qiáng)銀基電接觸材料在電弧侵蝕中接觸電阻大、溫升高、氧化物損耗大的問題，提高了銀基氧化物電接觸合金的耐電弧侵蝕性，也拓展了銀基氧化物電接觸合金的應(yīng)用范圍。
【專利說明】
一種制備氧化錫纖維増強(qiáng)銀基電接觸合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]AgSnO2電接觸合金是低壓電器中常用的觸頭材料，在各類繼電器、斷路器中有著廣泛的應(yīng)用。目前市場所使用的AgSnO2合金大多屬于第二相氧化物顆粒增強(qiáng)銀基觸頭材料。例如:I)專利《一種銀氧化錫電觸頭材料的制備方法》(申請?zhí)朇N201310238015.7，公開號CN103276234A，【公開日】2013.09.04); 2)專利《一種銀氧化錫復(fù)合粉末的制備方法》(申請?zhí)朇N200710070059.8，公開號CN101088680，【公開日】2007.12.19);3)專利《一種銀氧化錫線材的制備方法》(申請?zhí)朇N201310651495.X，公開號CN103639232A，【公開日】2014.03.19);4)專利《一種用溶膠-凝膠技術(shù)制備銀-氧化錫電觸頭材料的方法》(申請?zhí)柀柊?1410808205.2，公開號0附044989144，【公開日】2015.04.08)。但由于銀與氧化錫之間的潤濕性較差，觸頭在電弧多次作用下，氧化物顆粒易被銀排擠出并聚集于觸頭表面，增大觸頭合金的接觸電阻，進(jìn)而增大觸頭的溫升，造成觸頭分?jǐn)嘈阅軔夯?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，解決了現(xiàn)有氧化錫顆粒增強(qiáng)銀基電接觸材料在電弧侵蝕中接觸電阻大、溫升高、氧化物損耗大的問題，提高了銀基氧化物電接觸合金的耐電弧侵蝕性。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，具體按以下步驟實(shí)施:
[0005]步驟I，制備摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠；
[0006]步驟2，制備摻雜Sb元素的31102纖維:
[0007]將步驟I得到的摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠加入纖維成型劑中制得紡絲液，靜電紡絲得到摻雜Sb元素的SnO2纖維；
[0008]步驟3，制備銀-氧化錫纖維混合體:
[0009]將步驟2得到的摻雜Sb元素的SnO2纖維與銀粉進(jìn)行機(jī)械混合，得到銀-氧化錫纖維混合體；
[0010]步驟4，采用傳統(tǒng)工藝對步驟3得到的銀-氧化錫纖維混合體進(jìn)行壓制-燒結(jié)-擠壓，即得到氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金。
[0011]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0012]步驟I具體為:稱取SnCl4.5H20和SbCl3溶于去離子水，在溶液中加入聚乙二醇分散劑，溶解混合均勻后，滴加氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至I?5，制得摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠，然后對摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠進(jìn)行高速離心分離，并采用蒸餾水洗滌，直至濾液中不含氯離子，即得到摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠。
[0013]SnCl4.5H20與去離子水的質(zhì)量體積比為5?15g/L。
[0014]SnCl4.5H20和SbCl3中Sn與Sb原子比 100:1?20。
[0015]聚乙二醇與SnCl4.5H20和SbCl3的水溶液的質(zhì)量體積比為2?10g/L。
[0016]步驟2中纖維成型劑為質(zhì)量濃度為6?10%的PVP/乙醇溶液。
[0017]步驟2中摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠與纖維成型劑的質(zhì)量體積比為60?100g/Lo
[0018]靜電紡絲參數(shù)為:流量0.3?0.8mL/h，針頭頭端與鋁板之間的距離即接收距離為10?12cm，電壓12.5kV，噴頭內(nèi)徑0.8mm，針頭探出距離8?12cm。
[0019]步驟2中紡絲得到的纖維首先在80?100°C下真空干燥至恒重，然后取出在500?700 0C下煅燒2?4小時，得到摻雜Sb元素的SnO2纖維。
[0020]步驟3中摻雜Sb元素SnO2纖維與銀粉的質(zhì)量百分比:摻雜Sb元素SnO2纖維80%?90%，200?400目的銀粉10%?20%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%。
[0021]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，通過Sb元素的有效摻雜提高了氧化錫的導(dǎo)電性，進(jìn)而達(dá)到降低觸頭合金體電阻的目的，同時使第二相氧化物呈纖維狀分布并增強(qiáng)于銀基體內(nèi)部，能夠使合金整體形成具有一定取向關(guān)系的顯微組織結(jié)構(gòu)，并使得氧化物扎根于銀基體中，解決了傳統(tǒng)的氧化物顆粒增強(qiáng)銀基電接觸材料在電弧侵蝕中接觸電阻大、溫升高、氧化物損耗大的問題，提高了銀基氧化物電接觸合金的耐電弧侵蝕性，也拓展了銀基氧化物電接觸合金的應(yīng)用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，具體按以下步驟實(shí)施:
[0024]步驟I，制備摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠:
[0025]稱取SnCl4.5H20和SbCl3溶于去離子水中，在溶液中加入聚乙二醇分散劑，溶解混合均勻后，滴加氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至I?5，制得摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠，然后對摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠進(jìn)行高速離心分離，并采用蒸餾水洗滌，直至濾液中不含氯離子，即得到摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠。
[0026]其中SnCl4.5H20與去離子水的質(zhì)量體積比為5?15g/L，SnCl4.5H20和SbCl3中Sn與Sb原子比100:1?20，聚乙二醇與SnCl4.5H20和SbCl3的水溶液的質(zhì)量體積比為2?1g/L0
[0027]步驟2，制備摻雜Sb元素的51102纖維:
[0028]將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于無水乙醇中，得到質(zhì)量濃度為6?10%的PVP/乙醇溶液，作為纖維成型劑；將步驟I所得摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠按質(zhì)量體積比60?100g/L加入纖維成型劑中，通過磁力攪拌，獲得粘度適中的前驅(qū)體紡絲液;將配好的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的噴頭中，以金屬噴頭為陽極，鋁箔為陰極，緩慢增加電壓，直至紡絲噴出并收集于鋁箔上。紡絲參數(shù)為:流量0.3?0.8mL/h，針頭頭端與鋁板之間的距離即接收距離為10?12cm，電壓12.5kV，噴頭內(nèi)徑0.8mm，針頭探出距離8?12cm。將所得纖維放入真空干燥箱中，80?100°C下干燥至恒重，取出放入馬弗爐中，在500?700°C下煅燒2?4小時制得摻雜Sb元素的SnO2纖維。
[0029]步驟3，制備銀-氧化錫纖維混合體:
[0030]按質(zhì)量百分比將步驟2中所制備的摻雜Sb元素SnO2纖維80%?90%，200?400目的銀粉10%?20%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%，在高能球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械混合，球磨參數(shù)為:磨球?yàn)椴讳P鋼球，磨球直徑分別為2 Omm、I Omm、6mm，并按1:2:1的數(shù)量配比，球料比10:1，球磨轉(zhuǎn)速400r/min，球磨時間6h，球磨完成后通過400°C退火Ih處理得到銀-氧化錫纖維混合體。
[0031]步驟4，合金制備；
[0032]將步驟3中得到的銀-氧化錫纖維混合體采用傳統(tǒng)的壓制-燒結(jié)-擠壓工藝制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金。
[0033]本發(fā)明采用溶膠-凝膠以及靜電紡絲工藝制備摻雜Sb元素的氧化錫纖維，并通過機(jī)械混合的方式將銀粉與氧化錫纖維進(jìn)行混合，再利用粉末冶金工藝制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金。與傳統(tǒng)的制備技術(shù)相比，其優(yōu)勢在于:
[0034](I)通過Sb元素的有效摻雜提高了氧化錫的導(dǎo)電性，進(jìn)而達(dá)到降低觸頭合金體電阻的目的。
[0035](2)第二相氧化物呈纖維狀分布于銀基體內(nèi)部，解決了傳統(tǒng)的氧化物顆粒增強(qiáng)銀基電接觸材料在電弧侵蝕中接觸電阻大、溫升高、氧化物損耗大的問題，提高了銀基氧化物電接觸合金的耐電弧侵蝕性。
[0036]實(shí)施例1
[0037]步驟I，制備摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠:
[0038]按5g/L的質(zhì)量體積比稱取SnCl4.5H20，并按一定化學(xué)計(jì)量比稱取SbCl3(Sn與Sb原子比100:1)，溶解于去離子水中，以聚乙二醇為分散劑按2g/L稱取后，溶于上述所得溶液中，滴加氨水調(diào)節(jié)pH值至I，制得摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠，然后通過高速離心分離，并采用蒸餾水洗滌，直至濾液中不含氯離子，最終得到摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠。
[0039]步驟2，制備摻雜Sb元素的51102纖維:
[0040]將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于無水乙醇中，配制濃度為質(zhì)量濃度6%的PVP/乙醇溶液作纖維成型劑，并將步驟I所得氧化物前軀體凝膠按質(zhì)量體積比60g/L加入該纖維成型劑中，通過磁力攪拌，獲得粘度適中的前驅(qū)體紡絲液。將配好的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的噴頭中。以金屬噴頭為陽極，鋁箔為陰極，緩慢增加電壓，直至紡絲噴出并收集于鋁箔上。紡絲參數(shù)為:流量0.3mL/h，針頭頭端與鋁板之間的距離即接收距離為10cm，電壓12.5kV，噴頭內(nèi)徑0.8mm，針頭探出距離12cm。將所得纖維放入真空干燥箱中，80°C下干燥至恒重，取出放入馬弗爐中，在500 °C下煅燒4小時制得摻雜Sb元素的SnO2纖維。
[0041 ]步驟3，制備銀-氧化錫纖維混合體:
[0042]按質(zhì)量百分比將步驟2中所制備的摻雜Sb元素SnO2纖維90%，200目的銀粉10%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%，放入球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械混合，球磨參數(shù)為:磨球?yàn)椴讳P鋼球，磨球直徑分別為20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的數(shù)量配比，球料比10:1，球磨轉(zhuǎn)速400r/min，球磨時間6h，球磨完成后通過400°C退火Ih處理得到銀-氧化錫纖維混合體。
[0043]步驟4，合金制備；
[0044]將步驟3中得到的銀-氧化錫纖維混合體采用傳統(tǒng)的壓制-燒結(jié)-擠壓工藝制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金，具體工藝為:將得到的混合體在300MPa下冷壓成坯，820°C下燒結(jié)6小時，再通過擠壓或乳制得成品合金。
[0045]實(shí)施例2
[0046]步驟I，制備摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠:
[0047]按12g//L的質(zhì)量配比稱取SnCl4.5H20，并按一定化學(xué)計(jì)量比稱取SbCl3(Sn與Sb原子比100:10)，溶解于去離子水中，以聚乙二醇為分散劑按7g/L稱取后，溶于上述所得溶液中，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至3.5，制得摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠，然后通過高速離心分離，并采用蒸餾水洗滌，直至濾液中不含氯離子，最終得到摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠。
[0048]步驟2，制備摻雜Sb元素的SnO2纖維:
[0049]將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于無水乙醇中，配制濃度為質(zhì)量濃度8%的PVP/乙醇溶液作纖維成型劑，并將步驟I所得氧化物前軀體凝膠按質(zhì)量體積比85g/L加入該纖維成型劑中，通過磁力攪拌，獲得粘度適中的前驅(qū)體紡絲液。將配好的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的噴頭中。以金屬噴頭為陽極，鋁箔為陰極，緩慢增加電壓，直至紡絲噴出并收集于鋁箔上。紡絲參數(shù)為:流量0.6mL/h，針頭頭端與鋁板之間的距離即接收距離為11cm，電壓12.5kV，噴頭內(nèi)徑0.8mm，針頭探出距離1cm。將所得纖維放入真空干燥箱中，90 °C下干燥至恒重，取出放入馬弗爐中，在600 °C下煅燒3小時制得摻雜Sb元素的SnO2纖維。
[0050]步驟3，制備銀-氧化錫纖維混合體:
[0051 ] 按質(zhì)量百分比將步驟2中所制備的摻雜Sb元素SnO2纖維88%，300目的銀粉12%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%，放入球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械混合，球磨參數(shù)為:磨球?yàn)椴讳P鋼球，磨球直徑分別為20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的數(shù)量配比，球料比10:1，球磨轉(zhuǎn)速400r/min，球磨時間6h，球磨完成后通過400°C退火Ih處理得到銀-氧化錫纖維混合體。
[0052]步驟4，合金制備:
[0053]將步驟3中得到的銀-氧化錫纖維混合體采用傳統(tǒng)的壓制-燒結(jié)-擠壓工藝制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金，具體工藝為:將得到的混合體在300MPa下冷壓成坯，820°C下燒結(jié)6小時，再通過擠壓或乳制得成品合金。
[0054]實(shí)施例3
[0055]步驟I，制備摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠:
[0056]按15g//L的質(zhì)量配比稱取SnCl4.5H20，并按一定化學(xué)計(jì)量比稱取SbCl3(Sn與Sb原子比100:20)，溶解于去離子水中，以聚乙二醇為分散劑按10g/L稱取后，溶于上述所得溶液中，滴加氨水調(diào)節(jié)pH值至5，制得摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠，然后通過高速離心分離，并采用蒸餾水洗滌，直至濾液中不含氯離子，最終得到摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠。
[0057]步驟2，制備摻雜Sb元素的51102纖維:
[0058]將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于無水乙醇中，配制濃度為質(zhì)量濃度10%的PVP/乙醇溶液作纖維成型劑，并將步驟I所得氧化物前軀體凝膠按質(zhì)量體積比100g/L加入該纖維成型劑中，通過磁力攪拌，獲得粘度適中的前驅(qū)體紡絲液。將配好的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的噴頭中。以金屬噴頭為陽極，鋁箔為陰極，緩慢增加電壓，直至紡絲噴出并收集于鋁箔上。紡絲參數(shù)為:流量0.8mL/h，針頭頭端與鋁板之間的距離即接收距離為12cm，電壓12.5kV，噴頭內(nèi)徑0.8mm，針頭探出距離8cm。將所得纖維放入真空干燥箱中，100 °C下干燥至恒重，取出放入馬弗爐中，在700 0C下煅燒2小時制得摻雜Sb元素的SnO2纖維。
[0059]步驟3，制備銀-氧化錫纖維混合體:
[0060]按質(zhì)量百分比將步驟2中所制備的摻雜Sb元素SnO2纖維80%，400目的銀粉20%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%，放入球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械混合，球磨參數(shù)為:磨球?yàn)椴讳P鋼球，磨球直徑分別為20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的數(shù)量配比，球料比10:1，球磨轉(zhuǎn)速400r/min，球磨時間6h，球磨完成后通過400°C退火Ih處理得到銀-氧化錫纖維混合體。
[0061 ] 步驟4，合金制備:
[0062]將步驟3中得到的銀-氧化錫纖維混合體采用傳統(tǒng)的壓制-燒結(jié)-擠壓工藝制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金，具體工藝為:將得到的混合體在300MPa下冷壓成坯，820°C下燒結(jié)6小時，再通過擠壓或乳制得成品合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，具體按以下步驟實(shí)施: 步驟I，制備摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠； 步驟2，制備摻雜Sb元素的SnO2纖維: 將步驟I得到的摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠加入纖維成型劑中制得紡絲液，靜電紡絲得到摻雜Sb元素的SnO2纖維； 步驟3，制備銀-氧化錫纖維混合體: 將步驟2得到的摻雜Sb元素的SnO2纖維與銀粉進(jìn)行機(jī)械混合，得到銀-氧化錫纖維混合體； 步驟4，采用傳統(tǒng)工藝對步驟3得到的銀-氧化錫纖維混合體進(jìn)行壓制-燒結(jié)-擠壓，即得到氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述步驟I具體為:稱取SnCl4.5H20和SbCl3溶于去離子水，在溶液中加入聚乙二醇分散劑，溶解混合均勻后，滴加氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至I?5，制得摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠，然后對摻雜Sb的氧化物前軀體溶膠進(jìn)行高速離心分離，并采用蒸餾水洗滌，直至濾液中不含氯離子，即得到摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述SnCl4.5H20與去離子水的質(zhì)量體積比為5?15g/L。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述SnCl4.5H20和SbCl3中Sn與Sb原子比100:1?20。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述聚乙二醇與SnCl4.5H20和SbCl3的水溶液的質(zhì)量體積比為2?10g/L。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述步驟2中纖維成型劑為質(zhì)量濃度為6?10 %的PVP/乙醇溶液。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述步驟2中摻雜Sb元素的氧化錫前驅(qū)體凝膠與纖維成型劑的質(zhì)量體積比為60?10g/L08.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述靜電紡絲參數(shù)為:流量0.3?0.8mL/h，針頭頭端與鋁板之間的距離即接收距離為10?12cm，電壓12.5kV，噴頭內(nèi)徑0.8mm，針頭探出距離8?12cm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述步驟2中紡絲得到的纖維首先在80?100°C下真空干燥至恒重，然后取出在500?700 0C下煅燒2?4小時，得到摻雜Sb元素的SnO2纖維。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氧化錫纖維增強(qiáng)銀基電接觸合金的方法，其特征在于，所述步驟3中摻雜Sb元素SnO2纖維與銀粉的質(zhì)量百分比:摻雜Sb元素SnO2纖維80%?90%，200?400目的銀粉10%?20%，以上組分質(zhì)量百分比之和為100%。
【文檔編號】C22C101/02GK105908108SQ201610231901
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】付翀, 張宇慧, 劉寧, 仇潤紅, 王俊勃, 侯錦麗, 賀辛亥, 徐潔
【申請人】西安工程大學(xué)