Ag-Ti3SiC2电触头材料的制备及其性能研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TB3密级：公开UDC：620学号：151725Ag-Ti3SiC2电触头材料的制备及其性能研究研究生姓名：张敏导师姓名：孙正明申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称材料科学与工程论文答辩日期2018年5月29日二级学科名称材料科学与工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席马爱斌评阅人马爱斌陈坚2018年06月04日东南大学硕士学位论文硕士学位论文Ag-Ti3SiC2电触头材料的制备及其性能研究专业名称：材料科学与工程研究生姓名：张敏导师姓名：孙正明PREPARATIONANDPROPERTI

2、ESOFAg-Ti3SiC2CONTACTMATERIALSADissertation(Thesis)SubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYZhangMinSupervisedbyProf.SUNZheng-mingSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成

3、果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所（含万方数据）、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外

4、，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要银(Ag)基复合材料广泛应用于低压电气设备中，近年来，环保政策日益严苛，开发环境友好、性能优异的增强相是该领域的挑战。Ti3SiC2兼具金属材料优良的导热、导电性，和陶瓷材料的高弹性模量、低密度、高热稳定性以及良好的抗氧化性能等特点，是一种具有应用潜力的Ag基触头增强相材料。本论文研究了Ag-Ti3SiC2复合材料的制备与性能，并探究其作为电触头

5、材料的可行性。首先，以Ti、Si、TiC粉末为原材料，采用放电等离子烧结(SPS)工艺，制备致密的单相Ti3SiC2块体，该块体粉碎后作为增强相用于制备Ag基体复合触头材料。其次，研究了Ag和Ti3SiC2真空下润湿性能。当升温至970°C时，熔融Ag在Ti3SiC2基体上的接触角为72°，表明液态Ag可以润湿Ti3SiC2基底。随着温度继续升高至1037°C，润湿角逐渐减小并降至稳定值19°。增强相与基体之间良好的润湿性不仅保证了粉末冶金制备的触头材料的机械性能，也降低电弧放电过程中液态Ag的流动和喷溅。此外，润湿性实验表明Ag和Ti3

6、SiC2之间为非反应性润湿，两者界面具有较好的稳定性。最后，选用不同的烧结方法制备Ag-xTi3SiC2(x=5，10，15wt.%)复合材料，以质量分数10%的Ti3SiC2增强Ag基复合材料为例，研究无压烧结和SPS中烧结工艺对复合材料性能的影响。结果表明，Ag-10wt.%Ti3SiC2混合粉末于800MPa压力下成型，950°C烧结1h时，Ti3SiC2在Ag基体中分散均匀，其相对密度、硬度、电阻率分别为94.97%、55.63HV和2.76×10-3mΩcm。采用SPS烧结工艺，于850°C烧结20min制备Ag-10wt.%

7、Ti3SiC2复合材料。相对于无压烧结的试样，其微观组织更加均匀，气孔率更低，力学性能更优异。其相对密度、硬度和电阻率分别为99.89%、92.17HV和2.18×10-3mΩcm。两种工艺途径的结果都表明，增强相Ti3SiC2可以显著增强Ag-10wt.%Ti3SiC2的机械性能，而相对于纯Ag金属，其导电性的损失很少，完全满足电触头材料的要求。分别将无压烧结和SPS烧结制备的Ag-xTi3SiC2(x=5，10，15wt.%)复合材料焊接在Cu基座上，制成触头组件，然后安装至商用接触器中，从连续变化的开断次数和寿命两方面测试其抗电弧

8、侵蚀性能。结果表明，随着增强相Ti3SiC2含量的增加，触头材料表面电弧侵蚀更加严重。SPS烧结制备的Ag-10wt.%Ti3SiC2复合材料承受了6106次开断实验，达到实际应用标准，表明A