銀氧化錫觸頭制備工藝對(duì)比及其電弧侵蝕特性綜述

李 朕，王召斌，陳康寧，李維燕，尚 尚

（江蘇科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

引言

在電器開關(guān)、儀表儀器中，電接觸材料擔(dān)負(fù)著通斷電流的關(guān)鍵功能。銀氧化鎘因優(yōu)良的滅弧性、抗電蝕性及接觸電阻低而穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在中等負(fù)荷開關(guān)中獲得廣泛應(yīng)用，被稱為“萬(wàn)能觸點(diǎn)”，但因其含有對(duì)人體和環(huán)境有毒的Cd元素漸漸淡出人們的生活。銀氧化錫電接觸材料是第二相顆粒彌散分布于銀基體中的金屬基復(fù)合材料，是近年發(fā)展較快的一種無(wú)毒無(wú)害、環(huán)境友好型電觸頭材料。銀氧化錫具有優(yōu)良的耐電弧侵蝕性，良好的熱穩(wěn)定性和耐磨損性，較好的抗材料轉(zhuǎn)移能力以及抗熔焊性能優(yōu)異，是目前在直流接觸器、功率繼電器及低壓開關(guān)中代替銀氧化鎘的理想材料[1,2]。

傳統(tǒng)的A g基觸頭材料制備工藝包括粉末冶金法和合金內(nèi)氧化法，其中根據(jù)制粉工藝的差異性，粉末冶金法包括：機(jī)械合金化法、化學(xué)共沉淀法、反應(yīng)霧化法、預(yù)氧化合金法以及反應(yīng)合成法。但是近些年來(lái)，科研工作者致力銀氧化錫的性能研究工作，包括接觸電阻分布不均、溫升過(guò)高、觸頭電壽命不長(zhǎng)等問(wèn)題，提出了一些改良制備工藝，包括添加劑引入工藝、表面包覆工藝、納米技術(shù)改性工藝。

觸頭磨損又稱侵蝕，指觸頭在分?jǐn)嗷蜷]合電路的過(guò)程中，由于機(jī)械的撞擊和摩擦、化學(xué)腐蝕以及電弧與火花的燒蝕，造成觸頭金屬損失或材料定向轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。電觸頭的侵蝕主要包括機(jī)械磨損、環(huán)境腐蝕及電弧侵蝕3個(gè)部分。在實(shí)際應(yīng)用中，電弧侵蝕對(duì)電接觸影響最大，它是影響接觸材料的電壽命和可靠性的最重要因素。電接觸材料侵蝕形貌特征是觸點(diǎn)表面在電弧作用下發(fā)生物理、化學(xué)過(guò)程的外部宏觀表現(xiàn)，是電侵蝕作用的結(jié)果。電接觸材料的成分、制備工藝以及觸點(diǎn)的用電參數(shù)等的不同會(huì)導(dǎo)致不同的侵蝕形貌特征[3,4]。

本文重點(diǎn)介紹合金內(nèi)氧化法、粉末冶金法的合成方法以及改良工藝技術(shù)，并通過(guò)對(duì)比每種工藝的制備技術(shù)，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，并介紹了近幾年新型的制備工藝。本文還探討了銀氧化錫的電弧侵蝕機(jī)理，采用PSD模型解釋電弧侵蝕的微觀結(jié)構(gòu)。研究了電弧侵蝕外貌，進(jìn)而討論了摻雜、添加劑下銀氧化錫的抗電弧侵蝕性能。

1 銀氧化錫的常規(guī)制備工藝

1.1 合金內(nèi)氧化法

內(nèi)氧化是將固溶體合金板/絲或粉末在含氧氣氛下進(jìn)行熱處理，氧擴(kuò)散到合金中與溶質(zhì)元素發(fā)生反應(yīng)形成相應(yīng)的氧化物顆粒，并均勻分布在基體金屬中，獲得金屬基氧化顆粒復(fù)合材料的一種工藝方法[5]。20世紀(jì)50年代前期，Stymbock[6]提出了合金內(nèi)氧化法。70年代中期，日本中外電氣公司（株）利用合金內(nèi)氧化法制備了含銦元素的銀氧化錫材料。此后關(guān)于用內(nèi)氧化法的報(bào)道越來(lái)越多，我國(guó)于90年代初期大力探索內(nèi)氧化法制備工藝，各大企業(yè)紛紛加入制備的浪潮。文獻(xiàn)[5]利用合金內(nèi)氧化熱力學(xué)公式，計(jì)算了Ag-Sn合金的內(nèi)氧化熱力學(xué)條件參數(shù)，根據(jù)吉布斯自由能函數(shù)論述了內(nèi)氧化過(guò)程中SnO2顆粒的形核、長(zhǎng)大和粗化過(guò)程。

1.2 粉末預(yù)氧化法

由于在內(nèi)氧化法中，氧在合金內(nèi)部的擴(kuò)散速度非常關(guān)鍵，為改善內(nèi)氧化法中氧的擴(kuò)散速度及擴(kuò)散程度，主要思路有：①增加氧的擴(kuò)散動(dòng)力；②增加合金內(nèi)的擴(kuò)散通道。印度的Amitabh Verma[7]首次采用粉末預(yù)氧化工藝制備了銀氧化錫電接觸材料。文獻(xiàn)[8]為一種粉末預(yù)氧化法制備銀氧化錫的實(shí)例，采用粉末冶金、內(nèi)氧化和熱壓相結(jié)合的工藝制備銀氧化錫，研究結(jié)果表明，采用合金粉末壓制燒結(jié)，內(nèi)氧化和熱壓相結(jié)合的工藝可以制備出性能良好的銀氧化錫材料，從而解決氧化透較厚的產(chǎn)品問(wèn)題。文獻(xiàn)[1]提出了一種粉末預(yù)氧化制備工藝流程，主要是將Ag-Sn熔化后霧化成細(xì)粉，對(duì)其進(jìn)行預(yù)氧化后再采用粉末冶金方法進(jìn)行成形、燒結(jié)。采用合金內(nèi)氧化法制備銀氧化錫的優(yōu)點(diǎn)是二氧化錫質(zhì)點(diǎn)細(xì)小、彌散分布，材料強(qiáng)度、密度、硬度高，耐電弧腐蝕、電壽命長(zhǎng)，工藝簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)是氧氣擴(kuò)散不均勻，產(chǎn)生貧氧化區(qū)，材料塑性和加工性能差。

1.3 粉末冶金法

粉末冶金法主要的工藝步驟為制粉、壓制、燒結(jié)、沖壓。粉末冶金法是較為傳統(tǒng)且較為重要的銀氧化錫的電接觸材料制備方法，德系企業(yè)Degueesa是世界上第一個(gè)借助粉末冶金來(lái)制備銀氧化錫的公司。國(guó)內(nèi)外多采用此方法進(jìn)行銀基材料的制備，相比于內(nèi)氧化法，粉末冶金法可較好地解決因氧氣擴(kuò)散不均勻而造成的貧氧化區(qū)的問(wèn)題。

1.3.1 機(jī)械合金化法

機(jī)械合金化是一種簡(jiǎn)單、通用和有效的加工方法，引起了全世界研究人員的重視。盡管該技術(shù)最初是在20世紀(jì)60年代中期開發(fā)的，用于生產(chǎn)ODS超級(jí)合金。但在1980年初，包括固溶體、準(zhǔn)晶相和晶相以及非晶相在內(nèi)的各種合金相的合成激發(fā)了近年來(lái)的大量研究，其中，高能球磨法被充分運(yùn)用到這一方法當(dāng)中。楊增超[9]利用高能球磨濕混法制備出AgSnO2超細(xì)粉體，然后采用高能球磨技術(shù)及熱擠壓等方法制備出AgSnO2觸頭材料。對(duì)粉體微觀結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果表明，在制備的AgSnO2粉末中，其AgSnO2相均勻彌散分布在Ag基體內(nèi)，采用退火工藝消除AgSnO2復(fù)合粉末的孔隙并改善了粉末的成型性能。張國(guó)慶[10]采用MA工藝制備出銀氧化錫電接觸材料，材料具有良好的纖維組織，較好的力學(xué)性能及加工性能。

此外，反應(yīng)球磨技術(shù)是機(jī)械合金法的一種新型工藝，ZOZ H[11]借助反應(yīng)球磨技術(shù)制備出納米級(jí)彌散分布的銀氧化錫電接觸材料。機(jī)械合金法優(yōu)點(diǎn)是二氧化錫晶體分散彌布，晶粒細(xì)小，缺點(diǎn)是污染環(huán)境，能耗高。

1.3.2 化學(xué)共沉淀法

化學(xué)共沉淀法是選擇特定溶液作為共沉淀溶劑，加入到含有銀離子和錫離子的溶液中，使其發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)，以鹽的形式析出，最后得到的銀氧化錫粉末經(jīng)洗滌、燒結(jié)、過(guò)濾、烘干后壓制成型。FONTET G[12]是世界上第一個(gè)借助化學(xué)共沉淀法來(lái)制備銀氧化錫電接觸材料的研究小組。文獻(xiàn)[13]以Sn元素，SnCl2·2H2O和硝酸銀為起始原料，碳酸鹽溶液為沉淀劑，通過(guò)化學(xué)共沉淀技術(shù)制備了納米復(fù)合粉體AgSnO2。結(jié)果表明，通過(guò)共沉淀法獲得了精細(xì)且均勻分散的微觀結(jié)構(gòu)。化學(xué)共沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是二氧化錫彌散均勻分布，電性能好，缺點(diǎn)是制粉工藝復(fù)雜，穩(wěn)定性差，存在污染問(wèn)題。

1.3.3 反應(yīng)霧化法

德國(guó)Doduco公司[14]粉末冶金工藝與反應(yīng)噴霧工藝相結(jié)合提出了一種新工藝，把含Ag、Sn等的硝酸鹽溶液噴入一熱反應(yīng)容器中，溶液經(jīng)霧化、蒸發(fā)、分解后，在爐底收集得AgSnO2粉末。該工藝制備出的AgSnO2電接觸材料具有良好的塑性、延性、加工性，且可制造具有不同組成和微結(jié)構(gòu)的電接觸材料。但由于此工藝離不開高壓設(shè)備，設(shè)備投資大，成本較高。

1.3.4 反應(yīng)合成法

昆明理工大學(xué)陳敬超等[15]采用反應(yīng)合成技術(shù)，原位合成銀氧化錫電接觸材料。對(duì)材料的相組成、力學(xué)和物理性能以及電接觸壽命進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明，采用新技術(shù)制備的電接觸材料具有接觸電阻低、電接觸壽命高的特點(diǎn)，并且原材料準(zhǔn)備簡(jiǎn)單、制備工藝流程短、便于材料的后續(xù)加工，是一種新穎的銀氧化錫電接觸材料制備技術(shù)。周曉龍、孫加林等[16]采用反應(yīng)合成技術(shù)制備的AgSnO2復(fù)合材料的一個(gè)顯著特點(diǎn)是在Ag基體顆粒周圍生成團(tuán)聚納米SnO2顆粒，形成大基體、小顆粒的環(huán)狀組織形貌。反應(yīng)合成生成的團(tuán)聚納米SnO2顆粒在AgSnO2復(fù)合材料大塑性變形條件下可獲得均勻彌散的組織。文獻(xiàn)[17]在反應(yīng)合成法的基礎(chǔ)上，提出了一種累積壓制法，研究了通過(guò)反應(yīng)合成法制備的AgSnO2復(fù)合材料。使用X射線衍射分析了AgSnO2復(fù)合材料的相。分析了在973 K下四遍累積輥軋粘結(jié)（ARB）后AgSnO2復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、密度、硬度和電阻率。結(jié)果表明，AgSnO2復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能受到ARB過(guò)程的顯著影響。ARB的通過(guò)次數(shù)決定了SnO2顆粒在銀基質(zhì)中的分布。輥壓結(jié)合可促進(jìn)SnO2顆粒在銀基體中的均勻分布。

2 銀氧化錫的改進(jìn)制備工藝

2.1 添加劑引入制備工藝

BOHM W[18]率先提出了通過(guò)引入添加劑的工藝來(lái)降低銀氧化錫的接觸電阻，添加劑的加入改善了銀與二氧化錫的潤(rùn)濕性，從而增強(qiáng)了銀氧化錫的抗電弧侵蝕能力。河北工業(yè)大學(xué)王海濤等[19]利用實(shí)驗(yàn)研究了6種添加劑對(duì)銀氧化錫觸頭材料潤(rùn)濕性的影響，利用座滴法對(duì)18種銀氧化錫材料進(jìn)行潤(rùn)濕角測(cè)量。結(jié)果表明，6種添加劑對(duì)銀氧化錫潤(rùn)濕性影響非常大。榮命哲等[20]表明合適的添加劑不僅具備良好的助潤(rùn)濕性，還應(yīng)具有足夠的熱穩(wěn)定性。添加劑對(duì)潤(rùn)濕的改善是直接的，對(duì)黏性的改善主要是間接的。文獻(xiàn)[21]提出了銅摻雜如何改善Ag/SnO2接觸材料的Ag與SnO2之間的界面潤(rùn)濕性，用激光模擬電弧研究了純SnO2和摻雜Cu的SnO2粉末在高溫下的物理和化學(xué)變化。揭示了Cu摻雜改善Ag/SnO2接觸材料潤(rùn)濕性的機(jī)理。結(jié)果表明，銅的摻雜大大改善了SnO2在Ag基體中的分散性，有效地抑制了電弧作用下富SnO2帶的形成。具有良好分散性的摻雜Cu的SnO2納米酮具有較高的表面能，這大幅提高了SnO2與Ag基體之間的界面附著力。文獻(xiàn)[22]表明添加鈦有利于提高SnO2和Ag的均性。這也有力地解釋了Ag/SnO2/TiO2的機(jī)械性能和電導(dǎo)率的顯著改善。文獻(xiàn)[23]通過(guò)自組裝沉淀法結(jié)合粉末冶金法制備了原位形成的CuO納米粒子改性的Ag/SnO2接觸材料。結(jié)果表明，在Ag粉末的整個(gè)表面上形成了小于10 nm的CuO納米顆粒。隨著CuO的引入，Ag/SnO2接觸材料的電導(dǎo)率顯著提高，但是硬度略有降低，這可以改善可加工性。

2.2 表面包覆工藝

鄭冀等[24]研究了添加劑、分散劑、化學(xué)鍍的表面改性工藝對(duì)AgSnO2電觸頭材料組織和性能的影響。通過(guò)表面改性可以改善Ag與SnO2的浸潤(rùn)性，降低SnO2的表面能，阻礙SnO2粒子的團(tuán)聚，從而解決AgSnO2觸頭的加工成型困難和接觸電阻高的問(wèn)題，并對(duì)表面改性對(duì)AgSnO2材料的作用過(guò)程進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[25]介紹了一種溶膠-凝膠自燃方法來(lái)合成AgSnO2復(fù)合粉末，然后將其用作通過(guò)熱壓制備AgSnO2電接觸材料的原料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)檸檬酸強(qiáng)烈影響AgSnO2復(fù)合粉末的熱行為、相演化、形態(tài)和組成分布。在合成AgSnO2復(fù)合粉末時(shí)，檸檬酸可以促進(jìn)溶膠溶液的形成，降低干凝膠分解所需的能量，并減少顆粒的團(tuán)聚。此外，檸檬酸與金屬離子的摩爾比較高，可有效防止在AgSnO2電觸頭材料中發(fā)生成分偏析。因此，制備的AgSnO2電觸頭材料在密度、硬度和導(dǎo)電性方面均具有良好的性能。

2.3 納米改性工藝

納米技術(shù)的興起與發(fā)展為銀氧化錫的研究提供了新的方向。孫寶等[26]通過(guò)調(diào)控反應(yīng)溫度、銀氨溶液濃度和體系pH制備了超細(xì)AgSnO2粉末，粉末銀含量符合預(yù)期設(shè)定，包覆層平整，粒徑分布均一。劉松濤等[27]以氧化銅（CuO）和氧化鑭（La2O3）為摻雜劑，采用高能球磨工藝制備納米SnO2粉體，再將粉體與銀粉通過(guò)球磨混粉制成銀氧化錫復(fù)合粉體，分別采用模壓工藝和熱擠壓工藝制成銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82%的納米摻雜Ag/SnO2觸頭材料。趙建谷等[28]采用納米技術(shù)，制備氧化錫納米粉，用包覆法制備銀包覆氧化錫超細(xì)復(fù)合粉，采用先進(jìn)的加工工藝，即復(fù)合粉預(yù)處理—冷等靜壓—分級(jí)燒結(jié)—熱擠壓，獲得環(huán)保型無(wú)毒、無(wú)銦粉末銀氧化錫電觸頭材料，其機(jī)械物理性能、加工性能、綜合使用性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。呂建等[29]在制備納米電接觸材料中，采用了不同的分散法，如物理分散法、化學(xué)分散法、聚電解質(zhì)分散法，通過(guò)加入表面分散劑來(lái)阻止二氧化錫團(tuán)聚的現(xiàn)象。

3 其他新型制備工藝

3.1 等離子噴涂法

付翀等[30]使用化學(xué)共沉淀、高能球磨法制備AgSnO2粉體作為噴涂粉末，利用超音速等離子噴涂技術(shù)在純Cu表面制備AgSnO2涂層。對(duì)涂層的組織結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行分析，并測(cè)定涂層的顯微硬度、結(jié)合強(qiáng)度以及電性能。結(jié)果表明，制備的AgSnO2涂層具有等離子噴涂涂層所特有的層狀結(jié)構(gòu)，且涂層較為致密。涂層表面顯微硬度平均值為88.2 MPa，涂層與基體平均結(jié)合強(qiáng)度為17.3 MPa。姜鳳陽(yáng)等[31]采用化學(xué)共沉淀法和高能球磨法制備納米AgSnO2混合粉末，用等離子噴涂法將混合粉噴涂在Cu基表面，制備納米復(fù)合AgSnO2涂層。測(cè)試涂層的物理性能和真空條件下的電性能，利用SEM觀察分析放電后的表面組織結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，納米復(fù)合AgSnO2涂層越厚，密度越小，電阻率越大，而硬度與SnO2分布狀況有關(guān)。

3.2 冷噴涂法

李海燕等[32]采用高能球磨方法制備AgSnO2復(fù)合粉末，將球磨粉末冷噴涂到銅基板上，能夠獲得幾毫米厚度的較致密的AgSnO2觸點(diǎn)涂層，850℃退火后涂層進(jìn)一步致密化，并且在原始粉末的顆粒邊界形成富銀區(qū)，涂層材料硬度略為降低。電弧侵蝕和電接觸試驗(yàn)表明，冷噴涂AgSnO2涂層材料具有低而穩(wěn)定的接觸電阻，能夠滿足觸點(diǎn)的基本性能要求。文獻(xiàn)[33]使用冷噴涂在銅基板上用高能球磨過(guò)的AgSnO2復(fù)合粉末制備涂層。將冷噴涂的涂層在真空下于600℃的溫度下退火2 h。進(jìn)行了維氏顯微硬度和電弧腐蝕測(cè)試，以確定涂層的機(jī)械性能和電弧腐蝕性能。

3.3 模板法

付翀等[34]以納米SnO粉體以及AgNO為原料，無(wú)灰定量濾紙為模板，結(jié)合浸漬、干燥以及煅燒的方法得到銀氧化錫復(fù)合粉體，再利用壓制、燒結(jié)等工藝制備出銀氧化錫復(fù)合材料。濾紙模板的引入使所制備的復(fù)合粉體中SnO2顆粒彌散分布于銀基體上，且模板去除干凈，無(wú)雜質(zhì)引入。文獻(xiàn)[35]表明用模板法制備的兩種材料比常規(guī)粉末混合法制備的兩種材料具有更細(xì)的SnO2分散性。特別是使用可溶性淀粉作為模板制備的樣品。通過(guò)模板法使用可溶性淀粉制備的AgSnO2樣品的顯微硬度的測(cè)定平均值比常規(guī)粉末混合制備的樣品高出近20%。

表1為各工藝制備的AgSnO2優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

表1 典型AgSnO2制備工藝對(duì)比

4 銀氧化錫的電弧侵蝕特性

4.1 電弧侵蝕機(jī)理與模型

觸頭在閉合或分?jǐn)嚯娐愤^(guò)程中，電弧能量的熱-力作用，使觸頭表面熔化、汽化、熔化金屬甚至以小液滴形式從觸頭間隙噴濺出去，這就是電弧侵蝕。每一次的操作產(chǎn)生的電弧侵蝕都將改變觸頭表面的成分和形貌，而觸頭表面成分和形貌則決定著觸頭熔焊力和接觸電阻的大小。因此，電弧侵蝕機(jī)理是觸頭材料研究的基礎(chǔ)。SWINGLER J[36]發(fā)現(xiàn)材料的元素與電弧侵蝕有一定相關(guān)性。WEAVER PM等[37]建立的短路電弧熱焓變化侵蝕模型揭示了材料的熱力學(xué)性質(zhì)對(duì)觸頭侵蝕的影響，郭鳳儀等[38]認(rèn)為AgSnO2觸頭材料電弧侵蝕機(jī)理主要由表面動(dòng)力學(xué)特性決定。

電弧侵蝕有兩種主要的形式：①液態(tài)噴濺。在電弧能量的作用下，觸頭表面微區(qū)熔化為液池，液池內(nèi)的金屬液體在各種力的作用下，以微小液滴的形式飛濺離開觸頭本體。②汽化蒸發(fā)。在電弧能量作用下，觸頭表面材料發(fā)生固-液及液-氣相變。以蒸發(fā)的形式脫離觸頭本體。盡管電弧侵蝕機(jī)理極其復(fù)雜，但是國(guó)內(nèi)外研究者們通過(guò)微觀粒子運(yùn)動(dòng)物理模型形象地反映出電弧侵蝕機(jī)理過(guò)程。

1994年，Chen和Sawa[39]首先提出了粒子濺射-堆積模型（PSD model）來(lái)解釋電弧放電的轉(zhuǎn)移機(jī)制。文獻(xiàn)[40]用PSD模型來(lái)模擬觸頭材料電弧侵蝕過(guò)程的微觀變形。

4.2 電弧侵蝕外貌特征

觸頭材料的電弧侵蝕外貌特征是對(duì)觸頭材料特征、電弧侵蝕程度的綜合反映，不良或危險(xiǎn)形貌特征（如裂紋）的出現(xiàn)會(huì)加快開關(guān)電器觸頭材料的侵蝕和縮短開關(guān)電器的使用壽命，最終導(dǎo)致開關(guān)電器甚至整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，造成的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于元件本身的價(jià)值[41]。

張昆華等[4]進(jìn)行了電弧侵蝕之后的外貌分析，運(yùn)用X-ray分析了AgSnO2材料的物相組成。在直流條件下進(jìn)行AgSnO2觸點(diǎn)的電壽命試驗(yàn)，歸納出AgSnO2材料的4種侵蝕形貌特征。分別為Ag富集區(qū)、SnO2富集區(qū)、孔洞和氣孔、裂紋。王塞北等[42]認(rèn)為陰極電弧作用區(qū)微觀形貌主要為海綿狀基體上分布著大小不一的孔洞，而Sn和O元素多偏聚在孔洞區(qū)域。陽(yáng)極侵蝕區(qū)熔融形貌特征顯著，多為Ag熔化將SnO2顆粒包裹起來(lái)的流動(dòng)鋪層或噴濺狀態(tài)。于杰、陳敬超等[43]利用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)反應(yīng)合成的銀氧化錫進(jìn)行模擬，結(jié)果表明反應(yīng)合成的AgSnO2電接觸材料在電弧侵蝕后，觸點(diǎn)表面呈現(xiàn)氣孔、熔珠、熔池和裂紋形貌特征。在18 V、20 A的工作條件下，發(fā)生陰極轉(zhuǎn)移后AgSnO2材料侵蝕程度大于陽(yáng)極轉(zhuǎn)移。徐愛斌等[44]用高能球磨技術(shù)與熱壓燒結(jié)方法制備出新型銀氧化錫觸頭，與常規(guī)銀基觸頭相比，銀氧化錫觸頭表面沒有明顯的液體噴濺和燃弧裂紋。西安交通大學(xué)李靖[45]研究了50 Hz～400 Hz條件下銀氧化錫電弧侵蝕特征，結(jié)果表明，變頻后銀氧化錫的電弧侵蝕發(fā)生了一些改變，但是中頻的燒蝕面積明顯小于工頻的燒蝕面積。浙江大學(xué)凌國(guó)平[46]在研究銀氧化錫觸頭材料電弧侵蝕產(chǎn)物的試驗(yàn)表明，銀氧化錫觸頭電弧侵蝕的產(chǎn)物呈須狀且是黑色形貌特征，并分布有大的圓形顆粒，其組成主要是Ag。

4.3 耐電弧侵蝕特性

銀氧化錫受到電弧侵蝕會(huì)產(chǎn)生觸頭材料表面凹凸不平，觸頭材料以蒸發(fā)或液體噴濺，或固態(tài)脫落等形式引起的材料損失。為了盡可能降低銀氧化錫受到電弧侵蝕的影響，研究銀氧化錫的抗電弧侵蝕能力尤為重要。

文獻(xiàn)[47]研究了高SnO2含量的AgSnO2材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明，高SnO2含量的Ag-SnO2材料具有均勻的顯微組織、高硬度和良好的導(dǎo)電性。隨著SnO2含量的增加，AgSnO2材料的耐電弧腐蝕性能可以得到顯著改善。國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為，不同的制備工藝會(huì)影響觸頭材料的抗電弧侵蝕能力。王松等[48]認(rèn)為，與粉末冶金法相比，內(nèi)氧化法制備的AgSnO2材料具有優(yōu)異的抗電弧侵蝕性能。孫紹霞等[49]認(rèn)為，經(jīng)過(guò)電弧燒蝕作用后，機(jī)械混粉法制備的AgSnO2電接觸材料的表面燒蝕區(qū)域面積大，化學(xué)包覆法制備的AgSnO2表面燒蝕的區(qū)域面積小，說(shuō)明化學(xué)包覆工藝制備的AgSnO2的耐電弧燒蝕能力強(qiáng)。朱艷彩等[50]利用溶膠-凝膠法制備銀氧化錫電接觸材料，結(jié)果表明，采用溶膠-凝膠制備的銀氧化錫電氣參數(shù)較低，可有效提高銀氧化錫的耐電弧侵蝕特性。還有不少學(xué)者認(rèn)為，熔摻技術(shù)、引入添加劑技術(shù)也可以改變銀氧化錫耐電弧侵蝕能力。榮命哲等[21]研究含微量添加劑的電弧侵蝕機(jī)理，結(jié)果表明，合適的添加劑有利于提高液態(tài)銀對(duì)觸頭表面的潤(rùn)濕，并促使熱穩(wěn)定性高的SnO2顆粒懸浮于液態(tài)銀中，從而可充分發(fā)揮AgSnO2基材料良好的抗電弧噴濺損耗的能力。付翀等[51]采用座滴法研究Fe摻雜對(duì)Ag與納米SnO2之間潤(rùn)濕性的影響，F(xiàn)e摻雜一方面可提高Ag與SnO2之間的潤(rùn)濕性，另一方面可以控制合金中納米SnO2的粒度和分布，有助于合金耐電壓強(qiáng)度和抗電弧侵蝕性能的提高。此外，陳維等[52]認(rèn)為，控制觸頭分?jǐn)嗨俣仍谝欢ǔ潭壬弦部梢詼p小電弧對(duì)觸頭的侵蝕。國(guó)外學(xué)者用橫向電流引入法可以改善觸頭燃弧過(guò)程中觸頭表面材料特性與微觀結(jié)構(gòu)，使觸頭電弧侵蝕大幅度減小。

5 結(jié)論與展望

目前，雖然國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者已經(jīng)較為成熟地通過(guò)各種方法制備了銀氧化錫觸頭材料，但是其制備工藝所帶來(lái)的隱患和缺點(diǎn)依然不可忽視，具體體現(xiàn)在投資成本較大、制備工藝復(fù)雜、污染環(huán)境以及材料的耐電弧侵蝕性能、電接觸性能不良。針對(duì)以上問(wèn)題，提出兩點(diǎn)建議對(duì)未來(lái)的銀基觸頭材料的發(fā)展進(jìn)行了展望。

（1）優(yōu)化現(xiàn)有的無(wú)Cd材料

目前，由于AgCdO含有對(duì)人體和環(huán)境有毒的Cd元素，各種新興的銀基材料應(yīng)運(yùn)而生，但是，這些銀基材料因其本身電接觸性能等方面依然存在著缺點(diǎn)，所以目前無(wú)法全面替代AgCdO。因此，優(yōu)化現(xiàn)有的無(wú)Cd材料迫在眉睫，提高這些無(wú)Cd材料電接觸性能是未來(lái)研究的方向之一。

（2）發(fā)展節(jié)Ag技術(shù)

由于銀的成本高以及資源匱乏等原因，未來(lái)需要在保證銀基材料電接觸性能的前提下開發(fā)新的復(fù)合材料。雖然，銀基復(fù)合材料的制備工藝層出不窮，但是依然存在所制備材料接觸電阻大、溫升高、抗熔焊性以及抗電弧侵蝕能力不強(qiáng)等問(wèn)題，所以發(fā)展節(jié)銀技術(shù)，研究增加新的復(fù)合量是未來(lái)研究電接觸材料的方向之一。