電觸頭廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備中，如開關(guān)、插座、繼電器、斷路器、接觸器、電動(dòng)機(jī)等，其質(zhì)量和性能對(duì)電氣設(shè)備的性能和壽命有著重要的影響。雙碳戰(zhàn)略背景下，全球新能源和電氣化加速發(fā)展，光伏、風(fēng)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域?qū)^電保護(hù)和控制等的要求不斷提高，對(duì)高性能電接觸材料提出日益嚴(yán)苛的要求。在此背景下，電觸頭材料市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長(zhǎng)率超過20%，對(duì)行業(yè)提供巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
Ag基電觸頭材料是中低壓負(fù)載中應(yīng)用最廣的一類電觸頭材料。我國(guó)已是世界上最大的Ag基電觸頭材料生產(chǎn)國(guó)，但在高端市場(chǎng)上仍缺乏與國(guó)外企業(yè)（如日本田中貴金屬集團(tuán)等）產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。學(xué)術(shù)界關(guān)于增強(qiáng)相尺寸、體積分?jǐn)?shù)和形貌等因素對(duì)Ag-SnO2和Ag-Ni電觸頭材料性能的影響尚無定論，關(guān)于材料的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏理論指導(dǎo)。針對(duì)以上狀況，本書具體介紹如下內(nèi)容：
① 通過濕化學(xué)沉淀法制備不同形貌的SnO2增強(qiáng)相顆粒，系統(tǒng)考察pH值、溫度、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間和表面活性劑PVP等對(duì)SnC2O4前驅(qū)體形貌的影響，研究晶體生長(zhǎng)機(jī)理，控制合成顆粒狀、管狀、棒狀和針狀四種不同形貌的SnO2增強(qiáng)相顆粒，為后續(xù)開展Ag-SnO2微結(jié)構(gòu)調(diào)控提供基礎(chǔ)。
② 采用檸檬酸輔助的非均勻沉淀法制備顆粒彌散強(qiáng)化的Ag-SnO2電觸頭材料，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算，系統(tǒng)研究顆粒強(qiáng)化Ag-SnO2電觸頭材料中SnO2尺寸和體積分?jǐn)?shù)與材料電導(dǎo)率和力學(xué)性能之間的關(guān)系。
③ 開展Ag-SnO2電觸頭材料增強(qiáng)相形貌調(diào)控和性能研究，系統(tǒng)考察SnO2和In2O3增強(qiáng)相形貌對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料性能的影響，研究Ag-SnO2電觸頭材料的抗電弧侵蝕性能及其機(jī)制。
④ 以H2C2O4為沉淀劑，開展Ag-Ni電觸頭材料的化學(xué)沉淀制備，分析Ag -Ni2 -C2O2-4-H2O中的沉淀配位情況，以此為指導(dǎo)控制合成兩種不同形貌的Ag、Ni草酸鹽前驅(qū)體，并分析前驅(qū)體晶體生長(zhǎng)機(jī)制，研究前驅(qū)體的熱分解特性，探究Ni形貌對(duì)Ag-Ni電觸頭材料的力學(xué)和電學(xué)性能影響，分析亞微米Ni強(qiáng)化Ag-Ni電觸頭材料的電弧特性和電弧侵蝕顯微組織。
⑤ 采用包覆-燒結(jié)-大塑性變形方法制備纖維強(qiáng)化Ag-Ni電觸頭材料，研究Ag顆粒退火對(duì)燒結(jié)坯中Ni網(wǎng)連續(xù)性的影響，以及塑性變形中隨真應(yīng)變?cè)龃蟀l(fā)生的Ni組織變化，分析纖維強(qiáng)化Ag-Ni電觸頭材料的抗電弧侵蝕性能及相關(guān)機(jī)制。
電接觸是關(guān)系電力安全可靠的重要環(huán)節(jié)，因此本書適宜從事中低壓電接觸安全和銀基電工材料以及相關(guān)專業(yè)的人士參考。
感謝東北大學(xué)孫旭東教授對(duì)本書研究?jī)?nèi)容和成果的指導(dǎo)，也感謝國(guó)家自然科學(xué)基金和福建省科技廳對(duì)項(xiàng)目研發(fā)和本書出版的支持，書中不足之處，請(qǐng)讀者不吝賜教。
林智杰
2023年10月
林智杰，工學(xué)博士，福建理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，福州市火炬創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師，從事陶瓷與粉末冶金研究，特別是銀基電子電工及其配套陶瓷材料生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，在相關(guān)領(lǐng)域主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省科技重大專項(xiàng)、福建省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目，福建省科技特派員后補(bǔ)助項(xiàng)目和企事業(yè)單位委托項(xiàng)目等多項(xiàng)，發(fā)表SCI論文10余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利20余項(xiàng)，榮獲2022年中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)創(chuàng)新獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
第1章緒論1
1.1電觸頭材料簡(jiǎn)介1
1.1.1電觸頭材料發(fā)展簡(jiǎn)史1
1.1.2Ag基電觸頭材料的類型2
1.2Ag-SnO2電觸頭材料微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控9
1.2.1成分調(diào)控9
1.2.2顯微組織調(diào)控11
1.3Ag-Ni電觸頭材料微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控15
1.3.1Ni顆粒均勻彌散15
1.3.2纖維復(fù)合17
第2章SnO2形貌可控合成及其機(jī)理19
2.1合成方法20
2.1.1原料20
2.1.2工藝過程20
2.1.3分析21
2.2四種典型形貌SnC2O4前驅(qū)體的表征21
2.3SnC2O4前驅(qū)體生長(zhǎng)維度的控制25
2.3.1混合方式對(duì)SnC2O4前驅(qū)體形貌的影響25
2.3.2反應(yīng)時(shí)間對(duì)正滴合成SnC2O4前驅(qū)體形貌的影響26
2.4一維SnC2O4前驅(qū)體的尖端溶解現(xiàn)象28
2.4.1Sn2 和C2O2-4摩爾比對(duì)SnC2O4前驅(qū)體形貌的影響28
2.4.2時(shí)效時(shí)間對(duì)管狀SnC2O4前驅(qū)體形貌的影響30
2.5實(shí)心棒狀前驅(qū)體的尺寸和長(zhǎng)徑比控制31
2.5.1時(shí)效時(shí)間對(duì)棒狀SnC2O4前驅(qū)體形貌的影響31
2.5.2反應(yīng)溫度對(duì)SnC2O4前驅(qū)體的形貌影響32
2.5.3反應(yīng)pH值對(duì)SnC2O4前驅(qū)體形貌的影響34
2.6PVP對(duì)SnC2O4前驅(qū)體形貌影響35
2.6.1PVP添加量對(duì)SnC2O4前驅(qū)體的形貌影響35
2.6.2反應(yīng)溫度對(duì)針狀SnC2O4前驅(qū)體生成的影響35
2.6.3時(shí)效時(shí)間對(duì)針狀SnC2O4前驅(qū)體的形貌影響38
2.7SnC2O4前驅(qū)體晶體生長(zhǎng)機(jī)理39
2.7.1SnC2O4分子的一維鏈狀結(jié)構(gòu)（一維形貌的形成）39
2.7.2SnC2O4分子鏈間的SnO鍵作用（四邊形截面的形成）40
2.7.3Sn2 的配位平衡40
2.7.4PVP的作用41
2.8SnC2O4的熱分解行為42
第3章顆粒強(qiáng)化Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織設(shè)計(jì)及性能45
3.1合成方法46
3.1.1原料46
3.1.2工藝過程47
3.1.3分析47
3.2有限元模擬50
3.2.1模型的建立50
3.2.2數(shù)據(jù)分析方法52
3.3檸檬酸輔助非均勻沉淀法制備Ag-SnO2復(fù)合粉體52
3.4SnO2尺寸對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響54
3.5SnO2體積分?jǐn)?shù)對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響60
3.6SnO2對(duì)Ag-SnO2力學(xué)性能的影響規(guī)律62
3.6.1SnO2體積分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能影響63
3.6.2SnO2對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料的直接強(qiáng)化作用64
3.6.3SnO2對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料的間接強(qiáng)化作用66
3.6.4SnO2對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料的混合強(qiáng)化作用70
第4章Ag-SnO2電觸頭材料增強(qiáng)相形貌調(diào)控與性能73
4.1合成方法74
4.1.1原料及工藝過程74
4.1.2分析74
4.2SnO2形貌對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響75
4.2.1SnO2形貌對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料物相及顯微組織影響75
4.2.2SnO2形貌對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料物理性能影響76
4.2.3SnO2形貌對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料的直流抗電弧特性影響78
4.3Ag-SnO2電觸頭材料的電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機(jī)理83
4.3.1Ag-SnO2電觸頭材料的陰極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機(jī)理83
4.3.2Ag-SnO2電觸頭材料的陽極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機(jī)理88
4.4In2O3添加對(duì)Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響91
第5章化學(xué)沉淀法制備Ag-Ni電觸頭材料97
5.1Ag -Ni2 -C2O2-4-H2O體系沉淀-絡(luò)合熱力學(xué)分析98
5.1.1沉淀-絡(luò)合平衡模型的建立98
5.1.2計(jì)算結(jié)果99
5.2合成方法100
5.2.1原料100
5.2.2工藝過程100
5.2.3分析101
5.3前驅(qū)體的成分和形貌分析102
5.4前驅(qū)體的熱分解行為分析106
5.5Ag-Ni電觸頭材料顯微組織與性能109
5.6Ag-Ni電觸頭材料的直流電弧特性114
5.6.1Ni形貌對(duì)Ag-Ni電觸頭材料直流電弧侵蝕特性的影響114
5.6.2Ag-Ni電觸頭材料的陰極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機(jī)理115
5.6.3Ag-Ni電觸頭材料的陽極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機(jī)理117
第6章包覆-燒結(jié)-大塑性變形法制備纖維強(qiáng)化Ag-Ni電觸頭材料120
6.1合成方法120
6.1.1原料120
6.1.2工藝過程121
6.1.3分析122
6.2Ag-Ni粉體122
6.3Ag顆粒熱處理對(duì)Ag-Ni電觸頭材料燒結(jié)坯顯微組織和性能影響124
6.4大塑性變形對(duì)Ag-Ni電觸頭材料顯微組織與性能影響126
6.5纖維強(qiáng)化Ag-Ni電觸頭材料的直流抗電弧特性129
參考文獻(xiàn)134
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