电接触调研报告——以AgSnO2电接触料为例摘要：本文首先简要介绍了电接触的基本概念和运行要求以及电接触材料的分类，之后以AgSnO2为例综述了电接触材料的研究进展，具体包括AgSnO2电接触材料的优缺点、制造方法及加工工业、列举了AgSnO2电接触材料的相关研究成果,最后总结了以AgSnO2为代表的电接触材料的当前研究方向和发展趋势。
关键词：电接触；材料；AgSnO2；氧化Electrical Contact Investigation Report —— Using AgSnO2Electrical Abstract:Firstly, this paper introduce the electrical contact about the basic concepts and operational requirements and electrical contact materials classification briefly, latter the paperset AgSnO2as a case to provide a review on the research progress of electrical contact materials, including the advantages and disadvantages of AgSnO2 electrical contact material, manufacturing method and processing industry, and lists the research achievements related to the AgSnO2 electrical contact material. Finally the paper summarized the research direction and development trend by using the AgSnO2as a representative model.Keywords: electrical contact; material; AgSnO2;oxidation引言电接触材料通常应用于开关、继电器、接触器等链接器件中，是制造电接触导体的材料。
随着电工技术的发展，在涉及电力、电工电子、通信技术、自动控制技术的各个领域中，电接触既是保证电能和信号顺利传输的关键，又是整个系统最容易发生故障的部分，其可靠性极为重要。
但实践中往往只是在出现了电接触失效问题而导致重大乃至灾难事故时方才引起人们的重视。
另一方面某些似乎早已解决的电接触失效问题还时而发生[1]。
由于载荷类型、大小不同，接触形式多样，环境状态各异、材料种类繁多，因此电接触还存在极为复杂的物理、化学过程。
人们对电弧效应、力效应、环境效应等引发的电接触材料服役过程中的电接触表面物理、化学等现象的认识还不够系统深入，目前我们仍需加大对电接触材料研究领域深入研究。
1 电接触的基本概念与运行要求1.1 电接触的基本概念电流从一个导体传向另一个导体，导体间的接触处称为电接触。
在工程实际应用中，“电接触”常指的是接触导体的具体结构或接触导体本身，称为“电触头”，简称触头或触点。
工程应用中根据操作过程中接触处是否存在相对运动，电接触可分为三类[2]：（1）固定接触：（强电中有母线的连接或铆接、输电线连接器、电缆头等，在弱电中有电子设备和仪器中的插接件、连接器、塞子和插头）工作中出现的主要现象和问题是；接触电阻、接触温升和接触熔焊（2）滑动接触：（开关的滑动触头、变阻器的滑动头、电机的电刷与滑环、电车的馈电弓与馈电线等）除上述问题外，还有接触元件之间的摩擦、润滑和磨损。
（3）可分合的接触：（各种开关电器和继电器的触头）在工作期间常出现电弧，是工作可靠性要求最高，工作任务最重的电接触类型。
1.2 电接触运行要求电接触材料对不同类型的接触方式要求不同,如对滑动接触,主要要求材料的抗摩擦和磨损能力；对分离接触,由于电弧对触头的严重烧蚀及分断接通操作过程中的机械磨损,要求非常苛刻,概括地讲,理想的银基电接触材料需满足以下几方面要求[3]：（1）要求具备低的电阻率和蒸汽压,高的热导率、熔点、沸点、熔化热和升华热,并且热稳定性好，电接触在长期通过额定电流时，温升不超过国家规定的数值，而且温升长期保持稳定，接触电阻要求稳定。
（2）电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时，电接触不发生熔焊或触头材料的喷溅等。
（3）可分、合接触在开断过程中，触头材料损失应尽量小。
（4）可分、合接触在闭合过程中，要求触头能关合短路电流，且触头表面不应有严重损伤。
除上述要求外[4], 电接触材料应尽可能地易于加工,具有较高的性价比出。
于绿色环保考虑, 要求不要污染环境。
2 电接触材料的分类常见的电接触材料有三大类：纯金属电接触材料、合金电接触材料、复合电接触材料。
主要电接触材料和相关特性如表1-3所示。
目前电接触所用材料一般不是单一的贵金属，主要应用的以及研究的重点都是他们的合金及复合材料[5]。
由图表1-3可知，目前使用最多的电触头材料是银和银基复合材料，如银-氧化物、银-镍、银-铜、银-镉、银-碳、银-钨等合金。
这类材料用银量大；在开断时易生成氧化银、氧化钨等氧化物，造成温升高；易硫化、易磨损，作为电触头材料其寿命波动大。
近年来各类开关所用的银基触头材料猛增，造成对银的大量需求[6]。
表1 纯金属电接触材料种类材料优点缺点主要应用领域纯金属电接触材料Ag电阻率低、热导率高不易氧化，加工性能好硬度小、耐磨与耐弧性能不好，价格高应用广泛如：继电器、电器开关等Au、Pt、Pd 大气中不易氧化价格昂贵多用于弱电触头W、Mo熔化、气化温度高；耐热、耐磨、抗熔焊性能好导电和导热性能差、电弧作用容易形成颗粒氧化物多用于小电流和接触力大的触头Cu应用最广大的导电材料，导电和导热性能仅次于银空气中易氧化成绝缘氧化膜导线、各种电接触材料表2 合金电接触材料材料材质优点缺点主要应用领域合金电Ag基合金Ag-Cu导电、导热性能好，机械强度高，耐磨性好，廉价耐氧化性和耐腐蚀性能差接触压力交大的开关触头；接触压力较小的滑动触头Ag-Cu-Ni强度高，转移损耗小，接触特性叫稳定，价廉导电性能比Ag差开关频繁的触头和接触压力小稍带滑动的接触材料触头Cu基合金具有优良的综合物理能力额强度和导电性能不能兼顾应用广泛如：接触线材料。
引线框架材料等Au基合金导电性能好，机械性能比纯金高价格昂贵精密仪器中的电接触材料Pd基合金Pt基合金添加镍、钨可获得比纯金属更高的硬度和强度价格昂贵用于稳定性高的弱电触头表3 复合电接触材料材料种类材质优点缺点应用领域复合电接触材料层状复合材料Au及Au合金层状复合材料化学稳定性好价格昂贵通讯用继电器、计算机中的键盘触头等Pd及Pd合金层状复合材料抗氧化能力强空气有机污染物在钯复层表面形成绝缘层主要用于弱电触头Ag及Ag合金层状复合材料价格相对便宜，综合性能好，节约银Ag的抗硫能力差低负荷电接触材料如：小型继电器、保护开关触头颗粒增强复合材料Ag-Ni复合材料良好的导电、导热性，耐磨性好接触电阻比Ag高低压开关装置Ag-C复合材料高抗熔焊性，接触电阻低抗电弧侵蚀能力差，硬度低应用与各种保护电器上Ag-W、Ag-Mo复合材料抗熔焊性、抗电弧侵蚀能力好，硬度高空气中频繁开闭易形成表面膜主要用于低压电器铜基复合材料（Cu-Ag、Cu-W等）抗电弧侵蚀和磨损能力好，强度高增强体与基体间放入界面结合强度有待进一步研究主要用于高压电器3 AgSnO2电接触触材料研究进展在电接触材料中, 研究与应用最广的为银基电接触材料。
由于银基电接触材料具有良好的耐电磨损、抗熔焊性、导电性、接触电阻小且稳定,广泛用于各种轻重负荷的高低压电器、家用电器、汽车电器、航空航天电器,特别是断路器和接触器这些量大面广的电器几乎全部采用银基电接触材料[7]。
3.1AgSnO2电接触材存在问题AgSnO2电接触材料是是近年发展较快的一种无毒无害、环境友好型电触头材料。
AgSnO2具有优良的耐电弧侵蚀性、良好的热稳定性和耐磨损性、较好的抗材料转移能力以及优异的抗熔焊性能，是目前在直流接触器、低功率断路器、仪器仪表、功率继电器及低压开关中比较理想的材料[8]。
但是AgSnO2材料在发展中存在两个难题：一是SnO2在承受电弧的作用时不易分解，容易在电磁力的搅拌作用下上浮到触头表面形成不导电区，从而造成触头接触电阻增大，在有连续电流通过时容易造成温升过高；二是由于SnO2的硬度较高，导致AgSnO2材料的塑性和延展性能比较差，加工成形变得异常困难，这在板材的挤压和轧制、丝材的挤压和拉拔以及铆钉的墩制过程中表现尤其突出。
温升较高和加工工艺性能的不足在一定程度上限制了AgSnO2电接触材料的应用[9]。
为此，国内外的材料研究者一直都在研究如何通过改进制备工艺和加入添加剂来克服上述两个缺点。
3.2 AgSnO2电接触材料制备方法AgSnO2电接触材料加工性能和电学性能的优劣与其制备方法和制备设备密切相关,当前AgSnO2的制备工艺一般为内氧化法和粉末冶金法[10]，如表4所示表4 AgSnO2不同制备方法的比较制备方法工艺优点缺点应用内氧化法AgSn合金-加工-内氧化SnO2质点细小、弥散分布、材料强度、密度、硬度高，耐电弧腐蚀，工艺简单，成本低生产贫氧化区，材料塑性和加工性能差工艺成熟应用最广粉末冶金法机械合金法SnO2粉与Ag混合-球磨-成型-烧结工艺条件简单经济，材料组织弥散均与、晶粒细小能耗高；造成污染；易批量生产制备纳米级AgSnO2化学工沉淀法SnO2粉与含Ag+溶液混合-还原-过滤-洗涤-烘干-压制成型-烧结SnO2弥散均与分布，电性能好制粉工艺复杂，稳定性差，存在污染问题应用不广泛反应雾法粉末冶金工艺+反应雾化SnO2粉末颗粒内的成分分布均匀，AC3寿命长，荣性负载条件下性能好设备投资大成本高制备不同组织和微结构的电接触材料预氧化法AgSn合金熔化-雾化成细粉-内氧化-压制-烧结-挤压SnO2颗粒在Ag基体中高度分散，组织均匀，耐磨性、抗熔焊性好，材料电导率高材料的硬度、密度不如I/O工艺材料的高新一代的制造触头材料的先进方法反应合成法原料混合-冷压成型-烧结-复压界面结合性好，易于加工，电阻率小，工艺流程短，无污染，产品质量高还处于实验阶段3.2.1 内氧化法常规内氧化法制备AgSnO2材料是先将AgSn合金进行熔炼得到铸锭，进行压片后通过在一定温度（650-850o C）和一定氧分压(0.02-3MPa)下将Sn氧化成SnO2，但在内氧化过程中Sn表面生成的氧化膜会阻止氧进一步向Sn内部扩散，因而往往通过加入少量价格昂贵的In元素，以抑制氧化膜的生长，并促进氧的扩散[11]。