本發(fā)明涉及電力設備行業(yè)，尤其涉及一種銀基電觸頭及其制造方法、專用設備、專用模具。
背景技術：
電觸頭亦稱觸頭或接點，在高、低壓電器中起著接通、分斷、導流和隔離電流的作用，是高低壓電器的關鍵元件之一。其性能的好壞直接影響開關電器容量、壽命及可靠性。早期的電觸頭多采用純銀，但銀的硬度不高，抗熔焊性和耐磨性差，并且電壽命低。銀基金屬氧化物(AgMeO) 觸頭材料是指彌散的金屬氧化物顆粒分布在銀基體中的一種材料，具有較好的導電性、抗熔焊性、耐電磨損和使用壽命；在低壓電器中有廣泛的應用前景。最早出現(xiàn)的AgMeO 電觸頭材料是AgCdO 材料，由于其具有耐電弧、抗熔焊、耐機械磨損、耐腐蝕、穩(wěn)定性好，以及接觸電阻低、良好的加工性和可焊性等眾多優(yōu)點，被稱為“萬能觸頭”，在20世紀七八十年代曾廣泛應用于中等功率的電器中。但由于其在制備與使用過程中的毒性問題被歐盟等發(fā)達國家限制使用，這就促使人們來開發(fā)無Cd的AgMeO電觸頭材料。目前，主要研究的無Cd的AgMeO電觸頭材料有AgSnO2、AgZnO、AgNi、AgCuO等，但這些AgMeO電觸頭材料的性能均不能完全達到AgCdO電觸頭材料那樣的使用要求；市場急切需要綜合性能優(yōu)異的能夠完全替代AgCdO電觸頭的銀金屬氧化物材料。經過人們對不同AgMeO電觸頭材料制備方法與性能的研究發(fā)現(xiàn)，無論采用哪種制備方法，靠單一的金屬氧化物來增強銀基電觸頭材料，是不能夠完全替代代AgCdO電觸頭，需要開發(fā)復相金屬氧化物增強的銀基電觸頭材料，才能夠滿足市場對無毒AgMeO電觸頭材料綜合性能的要求。傳統(tǒng)的銀基電觸頭的制造方法中，常用的有內氧化法、粉末燒結法、預氧化合金粉末法。很多是采用內氧化法，采用銀的氧化傳遞作用，使內部金屬添加物氧化，因為氧氣傳播的梯度造成內部氧化不均，因為金屬添加物在內部的分布不均，造成彌散不均。采用粉末燒結法，是采用機械混合、成型、燒結、擠壓的方式，因為受原料本身的純度、氧化程度的影響很大，電觸頭的質量不易保證，而且燒結后擠壓，需要較大噸位的壓力機。采用預氧化合金粉末法時通過先內氧化再壓制燒結擠壓，與粉末燒結法類似，且設備復雜、過程繁瑣。申請?zhí)枮?01510018833.5的專利公開了一種氮化鈦增強銀基觸頭材料及其制備方法，其配方中其制造過程中經多次壓制、多次燒結，制造過程極為繁瑣。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種能替代AgCdO電觸頭材料、具有耐電磨損、抗熔焊性和接觸電阻低而穩(wěn)定等優(yōu)點的銀基電觸頭以及制造過程簡單、氧化完全、彌散均勻、一次燒結成型的制造方法及專用設備、專用模具。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種銀基電觸頭，由以下重量份的成份組成：銀100-110份，二氧化錫6-8份，二氧化鈦5-7份，三氧化二銻2-3份。
上述的銀基電觸頭的優(yōu)選方案，由以下重量份的成份組成：銀102份，二氧化錫8份，二氧化鈦6份，三氧化二銻2.5份。
上述的銀基電觸頭的制造方法，包括以下步驟：
1）準備：準備納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉，按(100-110):(4.73-6.30):(3.00-4.20):(1.67-2.51)的重量比例進行計量稱取；
2）氧化：
①將步驟1）的納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉分別放入真空反應室內的攪拌系統(tǒng)中；
②真空反應室抽真空至真空度≤1×10-3Pa；
③停止抽真空，通入99.9%以上純氧，至壓強達到0.3MPa及以上；
④紫外線燈管開始工作，釋放波長為100-150nm的紫外線；
⑤至少2分鐘后，攪拌系統(tǒng)開始工作，對粉末進行攪拌；加熱系統(tǒng)同步升溫，至150-180℃保溫，1小時后隨爐冷卻至室溫，出爐，得到混合氧化粉末；
3）裝模：將步驟2）所得的混合氧化粉末定量裝入模具，并加放壓模塊，放入真空反應室；
4）燒結：升溫至860-900℃，高溫燒結5-6h，隨爐冷至室溫，出爐，可得銀基電觸頭初坯；
5）拋光：將銀基電觸頭初坯用氧化鋁磨料進行離心拋光，時間為10-20min。
上述銀基電觸頭的制造方法的步驟2）、3）、4）的專用設備，包括爐體和設置在爐體內的真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)，爐體內的空腔為真空反應室，其特征在于：還包括設置在爐體內的紫外線系統(tǒng)、加氧系統(tǒng)和設置在真空反應室底部的攪拌系統(tǒng)；所述紫外線系統(tǒng)為安裝在真空反應室四周爐壁上的多根紫外線燈管組成；所述加氧系統(tǒng)包括安裝在爐體上的電磁閥、設置在爐體外的氧氣瓶或制氧機、管路系統(tǒng)；所述攪拌系統(tǒng)包括盛放粉末的攪拌皿和位于其上的攪拌槳組成。
上述銀基電觸頭的制造方法的步驟3）、4）的專用模具，其特征在于：包括用于確定銀基電觸頭初坯形狀的底模、頂模和用于加壓的壓模塊，其中壓模塊高度大于15厘米。
本發(fā)明通過在純銀中添加SnO2、TiO2、Sb2O3，其中SnO2的加入使銀基電觸頭具有化學和熱穩(wěn)定性良好、升華和分解溫度高、熔化金屬不易產生噴濺、電弧侵蝕小且長期保持電弧侵蝕小、有很好的抗熔焊性及穩(wěn)定性的優(yōu)點，而其本身具有接觸電阻和溫升高的缺點；Sb2O3在較低溫度下有比較高的蒸氣壓，能使電弧在較低溫度下有適當揮發(fā)、保持觸頭表面清潔且能吸熱尤其是吸收交變熱應力、避免觸頭扭曲、開裂；TiO2導電導熱性能優(yōu)異，具有較好的高溫化學穩(wěn)定性和十分顯著的細化晶粒的作用，能在一定程度上改善接觸電阻。三種添加物的綜合作用，使本發(fā)明的銀基電觸頭具有十分優(yōu)良的綜合作用，能達到媲美和替代AgCdO的效果，具有耐電磨損、抗熔焊性和接觸電阻低的優(yōu)點。
本發(fā)明的制造方法，采用納米粉末在較低溫度下進行氧化反應，先抽真空然后填充純氧，是為了保證去除空氣中粉塵和氮氣等雜質，避免影響銀基電觸頭性能；0.3MPa即3個大氣壓的純氧在100-150nm紫外線的作用下，能夠迅速產生臭氧分子和游離的氧原子，活性極強，配合150-180℃的溫度和對粉末的攪拌，能保證粉末的氧化充分且混合均勻，燒結后也可以保證彌散均勻，其中Ag在此溫度下基本不氧化，即使少量的氧化在后續(xù)真空燒結過程中AgO也會迅速分解。裝模后采用壓模塊進行加壓后加熱燒結，即邊燒邊壓，且在真空環(huán)境下進行壓模和燒結，得到的銀基電觸頭初坯致密性好，一次燒結即可達到致密性要求。整體采用專用設備、專用模具，一體化完成，制造過程極為簡單。
具體實施方式
一種銀基電觸頭，由以下重量份的成份組成：銀100-110份，二氧化錫6-8份，二氧化鈦5-7份，三氧化二銻2-3份。其中，經多次試驗發(fā)現(xiàn)，較為優(yōu)選的方案為銀102份，二氧化錫8份，二氧化鈦6份，三氧化二銻2.5份，制造的銀基電觸頭綜合性能較優(yōu)。
一種根據(jù)權利要求1所述的銀基電觸頭的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：
1）準備：準備納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉，按(100-110):(4.73-6.30):(3.00-4.20):(1.67-2.51)的重量比例進行計量稱??；若需要實現(xiàn)較優(yōu)方案即銀102份，二氧化錫8份，二氧化鈦6份，三氧化二銻2.5份，則納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉的混合比例為100:6.30:3.60:2.09。
2）氧化：
①將步驟1）的納米銀粉、納米錫粉、納米鈦粉、納米銻粉分別放入真空反應室內的攪拌系統(tǒng)中；
②真空反應室抽真空至真空度≤1×10-3Pa；
③停止抽真空，通入99.9%以上純氧，至壓強達到0.3MPa及以上；
④紫外線燈管開始工作，釋放波長為100-150nm的紫外線；
⑤至少2分鐘后，攪拌系統(tǒng)開始工作，對粉末進行攪拌；加熱系統(tǒng)同步升溫，至150-180℃保溫，1小時后隨爐冷卻至室溫，出爐，得到混合氧化粉末；
3）裝模：將步驟2）所得的混合氧化粉末定量裝入模具，并加放壓模塊，放入真空反應室；
4）燒結：升溫至860-900℃，高溫燒結5-6h，隨爐冷至室溫，出爐，可得銀基電觸頭初坯；
5）拋光：將銀基電觸頭初坯用氧化鋁磨料進行離心拋光，時間為10-20min。本拋光工藝步驟屬于現(xiàn)有技術。
本發(fā)明的銀基電觸頭的制造方法中步驟2）、3）、4）的專用設備，可以用真空爐改造可得，也可專門制造。若采用真空爐改造，則在真空爐中增加紫外線系統(tǒng)、加氧系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)即可。該專用設備包括爐體和設置在爐體內的真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)，爐體內的空腔為真空反應室，其特征在于：還包括設置在爐體內的紫外線系統(tǒng)、加氧系統(tǒng)和設置在真空反應室底部的攪拌系統(tǒng)；所述紫外線系統(tǒng)為安裝在真空反應室四周爐壁上的多根紫外線燈管組成；所述加氧系統(tǒng)包括安裝在爐體上的電磁閥、設置在爐體外的氧氣瓶或制氧機、管路系統(tǒng)；所述攪拌系統(tǒng)包括盛放粉末的攪拌皿和位于其上的攪拌槳組成。
本發(fā)明的銀基電觸頭的制造方法的專用模具，包括用于確定銀基電觸頭初坯形狀的底模、頂模和用于加壓的壓模塊。底模和頂模包括壓模塊均為現(xiàn)有技術，因為燒結過程中860-900℃中高溫燒結較長時間，所以底模、頂模和壓模塊都采用耐高溫材料，本實施例采用的是1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼。不過本發(fā)明中的壓模塊的重量要足夠大，足以對坯料產生10MPa以上的壓強，也就是壓模塊的高度至少應大于12.7厘米，減去壓力損耗，壓模塊的高度大于15厘米可以保證壓強足夠，當然，如果采用的材料為密度更大的材料，可以適當減少壓模塊的高度。為了保證致密度，頂模上留有溢料孔，也便于燒結過程中氣體溢出，且在裝模時混合氧化粉末要有2%以上的盈余量，溢料孔中殘余的部分會在拋光工序被去除。
對所公開的實施例的上述說明，僅為了使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。