SnO2形貌調(diào)控與改性及其在Ag基電接觸材料中的應(yīng)用.pdf

1、Ag/SnO2是當(dāng)前替代有毒Ag/CdO電接觸材料的一種極具發(fā)展前景的環(huán)保型電接觸材料，在低壓電器方面已經(jīng)獲得一定程度的研究與應(yīng)用。現(xiàn)有Ag/SnO2電接觸材料主要采用粉末冶金法和Ag-Sn合金內(nèi)氧化法制備。然而，SnO2顆粒在Ag基體中分散性差、易偏析等問題導(dǎo)致電接觸材料接觸電阻大、溫升高、抗電弧侵蝕性差、電壽命短。因此，開展SnO2增強(qiáng)相的研究，改善SnO2與Ag的潤濕性及其在Ag基體中的分布，對(duì)于制備高性能Ag/SnO2電接觸材料

2、具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
　　本文采用濕化學(xué)方法，控制納米SnO2的制備與組裝，獲得不同形貌的SnO2顆粒，在此基礎(chǔ)上通過表面載銀、制備Ag-SnO2中間體等手段改善SnO2與Ag的潤濕性及其在Ag基體中的分布，研究了SnO2形貌及改性方法對(duì)Ag/SnO2電接觸材料性能的影響，探索具有優(yōu)異電學(xué)性能和力學(xué)性能的Ag/SnO2電接觸材料的制備方法。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　?。ㄒ唬┎捎脻窕瘜W(xué)方法制備不同形貌的SnO2顆粒

3、，系統(tǒng)研究原料配方與工藝條件對(duì)SnO2顆粒形貌的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)SnO2納米顆粒、實(shí)心微球、空心微球、亞微米棒的可控制備。(1)采用液相沉淀法，以SnCl4為原料，PEG2000作為分散劑，在pH=8條件下制備出分散性好、晶粒尺寸為13nm的金紅石相SnO2納米顆粒;(2)采用溶劑熱法，以PEG6000為模板導(dǎo)向劑，在180℃下反應(yīng)12h制備出由SnO2納米晶組裝而成、尺寸為1μm左右的單分散SnO2微球;(3)采用水熱法，以Na2SnO3

4、和尿素為原料，尿素分解形成氣泡為模板，在150℃下反應(yīng)24h制備出具有開口結(jié)構(gòu)的SnO2空心微球，并對(duì)開口形成機(jī)制進(jìn)行研究;(4)采用液相沉淀法，以PEG400與乙醇為混合溶劑，制備出由SnO2納米晶組裝而成，直徑為200nm、長徑比為15∶1的SnO2亞微米棒。
　?。ǘ╅_展SnO2徽球表面載銀改性研究，制備出表面包覆效果好、Ag-SnO2鍵合力強(qiáng)的載銀SnO2復(fù)合微球。(1)利用Sn2+表面修飾SnO2實(shí)心微球，以PVP為還

5、原劑，可有效調(diào)控納米Ag顆粒在SnO2實(shí)心微球表面形核、生長，實(shí)現(xiàn)Ag納米顆粒對(duì)SnO2實(shí)心微球的包覆;(2)以Na2SnO3、AgNO3為原料，尿素分解形成氣泡為模板，在150℃水熱反應(yīng)24h，實(shí)現(xiàn)SnO2空心微球制備與表面載銀的同步進(jìn)行，制備出表面包覆Ag納米顆粒的SnO2空心微球，SnO2核與Ag殼之間存在較強(qiáng)的鍵合作用。
　　（三）開展Ag-SnO2中間體復(fù)合粉體制備研究，實(shí)現(xiàn)SnO2納米顆粒在Ag粉中的彌散分布。(1)以

6、SnO2納米顆粒及化學(xué)銀粉為原料，采用高能球磨工藝在添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％的PEG6000為工藝控制劑、球料比為10∶1、轉(zhuǎn)速為260r/min、球磨時(shí)間4h的條件下，利用高能球磨機(jī)械碰撞及擠壓作用實(shí)現(xiàn)SnO2納米顆粒均勻彌散鑲嵌于Ag粉中，制備出SnO2質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為60％的Ag-SnO2(60)中間體復(fù)合粉體;(2)采用陰陽離子共沉淀法，以Na2SnO3、AgNO3為原料，通過調(diào)節(jié)體系pH值，利用SnO32-與Ag+的共同沉積實(shí)現(xiàn)SnO

7、2納米顆粒與Ag納米顆粒的均勻復(fù)合，制備出SnO2質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為42％的Ag-SnO2(42)中間體復(fù)合粉體;(3)采用氧化還原沉淀法，以SnCl2·2H2O、AgNO3為原料，在弱堿性條件下，利用Sn2+與Ag+的氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)SnO2納米顆粒與Ag納米顆粒的均勻復(fù)合，制備出SnO2質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為63％的Ag-SnO2(63)中間體復(fù)合粉體。
　?。ㄋ模┎捎脧?fù)壓復(fù)燒工藝制備Ag/SnO2電接觸材料，考察了SnO2形貌及表面載銀、

8、制備Ag-SnO2中間體等改性方法對(duì)Ag/SnO2電接觸材料性能的影響。(1)在SnO2納米顆粒、實(shí)心微球、空心微球、亞微米棒等形貌中，以SnO2亞微米棒為增強(qiáng)相的電接觸材料具有較好的綜合性能，其閉合燃弧時(shí)間和能量比Sn1-xSbxO2增強(qiáng)的材料減小了1/3，接觸電阻穩(wěn)定，熔焊力小，質(zhì)量損失減少約80％，材料的抗電弧侵蝕性能好;(2)SnO2微球表面載銀可以改善與Ag基體的潤濕性，提高電接觸材料的性能，與載銀前相比，電接觸材料的密度、硬

9、度及電導(dǎo)率都得到一定程度的提高，組織結(jié)構(gòu)均勻;(3)采用Ag-SnO2中間體向Ag/SnO2電接觸材料中引入納米SnO2顆粒，可以減輕SnO2納米顆粒在Ag/SnO2電接觸材料制備、燒結(jié)過程中的團(tuán)聚，明顯改善電接觸材料的結(jié)構(gòu)與性能，尤其是高能球磨制備的中間體。與傳統(tǒng)制備方法相比，SnO2納米顆粒在Ag/SnO2電接觸材料中彌散分布，可使電接觸材料的閉合燃弧時(shí)間由10ms變?yōu)?ms，燃弧能量由l000mJ變?yōu)?00mJ，材料的接觸電阻低且