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不同制备温度下Ti_(2)SnC增强银基复合材料的物相、微观组织和物理性能演变(英文)

         
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摘要

大部分能源必须转化为电能才能为人类所利用,而在电能的传输和分配过程中,开关起着决定性作用。电触头是开关的核心组件,其质量和性能直接关系到终端设备工作的稳定性和安全性。长期以来,传统Ag/CdO复合电触头材料的毒性问题无法得到有效解决,而现有无Cd电触头材料(Ag/SnO2、Ag/ZnO、Ag/C、Ag/Ni等)仍存在诸多问题。因此,开发新型环保高性能电触头增强相材料是低压开关用电触头发展的迫切需求和必然趋势。近年来,MAX相作为一种新型层状陶瓷材料,兼具金属的导电、导热、易加工和陶瓷的耐高温、耐腐蚀、稳定性好等双重特性,完全契合电触头增强相材料的性能要求,在银基复合电触头中展示出较强的开发和应用潜力。在已报道的MAX相家族中,Ti_(2)SnC的导电性最为优异,增强银基复合材料后对其在服役过程中保持低接触电阻和温升十分有利。因此,本工作选择Ti_(2)SnC作为Ag基增强相材料,研究制备工艺对复合材料结构和性能的影响。首先,本工作基于粉末冶金工艺在不同烧结温度下制备了Ag/10%Ti_(2)SnC(质量分数)(Ag/10TSC)复合块体材料;其次,采用XRD、SEM、EDS等手段对比了不同温度下复合材料物相、微结构和元素扩散情况;最后,结合硬度、拉伸强度、断面微结构及元素组成结果分析了温度诱导下Ti_(2)SnC与Ag基体之间物相转变和界面扩散行为对复合材料力学性能的影响机制。结果表明,在相对较低温范围(200~750℃),Ti_(2)SnC保持结构完整,仅与Ag基体产生微弱界面扩散,二者物理结合使Ag/10TSC复合材料具有较高的初始硬度和导电性。在升高制备温度(800~900℃)的诱导下,更多的Sn从Ti_(2)SnC中逸出并向Ag基中持续扩散,导致Ti_(2)SnC结构逐渐解离并为闭气孔中氧气向其内部渗透提供了通道,由此Ti_(2)SnC表面生成少量氧化物。Ag-Sn相互扩散增强了Ti_(2)SnC与Ag基体的界面结合,显著提高了复合材料的拉伸强度,但降低了导电性。在950℃下,持续结构解离、氧化的Ti_(2)SnC产生团聚小颗粒,导致块体材料严重变形和性能退化。本工作厘清了常压制备条件下Ti_(2)SnC增强相自身结构和成分的演变行为及其与Ag/Ti_(2)SnC复合材料界面结构和性能之间的内在关系,为未来Ag/MAX电触头材料的实际应用提供了理论依据,并对推动低压开关用Ag基电触头材料环保化进程具有重要指导意义。

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