新型银基电接触材料

(中国科学院金属研究所)

一、 成果内容简介: 银基触头是广泛应用于继电器、接触器、负荷开关、中低压断路器以及家用电器、汽车电器（喇叭、车灯、点火）等开关电器的主导电接触材料，具有较大的市场应用背景，我国每年需投入几十亿元用于银基触头材料的生产。 目前，银基触头生产主要采用内氧化法和粉末冶金法。实际中使用最多的是银氧化镉（AgCdO）合金。由于这种材料在制造和使用过程中不断释放有毒的氧化镉蒸气，许多国家都在寻求替代银氧化镉触头，并进一步提高银基触头材料的性能。经过长期的研究，人们已发展了一些无毒银氧化物触头合金，如银氧化锡（AgSnO2）、银氧化锌（AgZnO）等，然而，这些材料由于在制备工艺、使用性能上存在严重缺点，限制了它们的应用。发展一种具有类似或超越银氧化镉合金性能的无污染的新型银基电接触合金具有重要的社会经济效益。 在国家"十五"863计划的立项支持下，我们开发出具有特色的银氧化锡（AgSnO2）、银氧化锌（AgZnO）、 银镍和银碳等银基系列触头生产技术，它采用控制银基触头材料的成分和组织，使触头电性能得到大幅度提高。 二、主要技术指标: 新型银基触头的基本性能指标（包括化学成分、密度、硬度、电阻率、外观和允许缺陷尺寸） 达到AgMeO、AgNi和AgC触头国标（GB13397-92、GB5538-85、GB12940-91）要求的基础上，完全消除了第二相的晶界偏析，并使其尺寸细化至小于100 nm（实际上为一种纳米复合材料），显微组织显著细化、均匀化，硬度和电导等指标提高。AgMeO系触头的灭弧能力和电寿命、AgNi系触头的抗熔焊能力、AgC系触头的抗电侵蚀能力及灭弧能力提高50%以上。新型银基触头综合性能达到国际领先水平。表1给出了几种典型触头的技术指标。 表1 新型电触头的技术指标 材 料 化学成分（重量，%） 气体含量(ppm) 机械、物理性能 第二相尺寸 密度 硬度 电导率 氧 氮 (g/cm3) (MPa) (MS/m) AgSnO210 SnO2: 10±1.0 - - ≥9.85 ≥950 ≥30 30～60 nm AgNi10 Ni: 10±1.0 - -   ≥90 ≥48 20～80 nm AgC5 C: 5±0.8 - - ≥8.6 ≥350 ≥45 ＜100 nm 三、应用范围: 广泛用于继电器、接触器、负荷开关、断路器和家用电器、汽车电器仪器仪表的触头材料，国内每年生产银基触头近百亿元，这一产品具有极大的市场应用前景。 四、市场前景及经济效益预测: 中低压开关电器应用面很广，几乎涉及到所有的产业部门，相应地对银基触头的需求量十分巨大。例如，发电设备所发出电能的80%以上是通过低压电器分配使用的。每新增1万kW发电设备，约需6万件各类低压电器产品配套。另外，低压电器与电动机总安装容量之比约为0.5件/W。也就是说一套30万kW的发电设备需180万件低压电器元件与之配套，其中包括框架式断路器6900台，塑壳式断路器66000台。据测算，国内2001~2010年每年平均新增装机容量约为21GW。预计"十五"期间国内银基触头市场需求将会有迅速增长，同时，对产品的性能和可靠性指标要求会越来越高。 汽车电器用银基触头的量也在不断增长。目前汽车电器触头存在着易熔焊、寿命低，在直流电弧作用下材料转移等问题。据专家预测，2010年时小型、中型和大型轿车电器系统的平均负荷将分别增长5倍、4.3倍和4.5倍。由于当前的汽车电器所能够提供的极限功率只有3000 W，估计到2003年、2005年就分别不能满足大型、中型轿车的需要了。特别是为了节油和降低尾气污染，汽车行业正从14 V电器系统向42 V电器系统发展，将对触头提出更高的性能要求。这些因素必然使汽车电器上越来越多地使用高性能的新型银基触头材料。 银属贵金属，是重要的战略资源。银基触头属高产值产品，以目前用量最大的AgCdO触头为例，天水213电器有限责任公司2000年底的订购价为198万元/吨。我们生产的新型AgSnO2触头原材料成本和AgCdO触头基本持平，批量生产时工艺成本能够比内氧化AgCdO略有降低。目前市场上内氧化生产的AgSnO2In2O3触头价格都在每吨200万元以上，因而该技术能够带来显著的经济效益。 而且，本项目用新型AgSnO2替代有"万能触点"之称的有毒的AgCdO合金，生产过程无环境污染，使用过程无二次公害，是世界范围内推广和发展的方向，具有重要的社会效益。 五、合作方式: 技术转让或联合办厂等多种形式。 联系人：王亚平 联系电话：024-23971872 E-mail: ypwang@imr.ac.cn