[go: up one dir, main page]

RU2367695C1 - Metal-oxide material for bursting electric contacts - Google Patents

Metal-oxide material for bursting electric contacts Download PDF

Info

Publication number
RU2367695C1
RU2367695C1 RU2008124531/02A RU2008124531A RU2367695C1 RU 2367695 C1 RU2367695 C1 RU 2367695C1 RU 2008124531/02 A RU2008124531/02 A RU 2008124531/02A RU 2008124531 A RU2008124531 A RU 2008124531A RU 2367695 C1 RU2367695 C1 RU 2367695C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxide
metal
materials
sno
contacts
Prior art date
Application number
RU2008124531/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Владимирович Иванов (RU)
Виктор Владимирович Иванов
Евгений Викторович Антипов (RU)
Евгений Викторович Антипов
Артем Михайлович Абакумов (RU)
Артем Михайлович Абакумов
Венчжу ШАО (CN)
Венчжу ШАО
Владимир Игоревич Кирко (RU)
Владимир Игоревич Кирко
Виктор Михайлович Денисов (RU)
Виктор Михайлович Денисов
Леонтий Иванович Семенов (RU)
Леонтий Иванович Семенов
Вадим Иванович Алещенко (RU)
Вадим Иванович Алещенко
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2008124531/02A priority Critical patent/RU2367695C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2367695C1 publication Critical patent/RU2367695C1/en

Links

Landscapes

  • Contacts (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: metal-oxide material consists of metallic substrate in the form of silver or copper and oxide component - cadmium stannate in amount 10-15 wt %.
EFFECT: material allows high electrical conductance and provides reduction of losses of electricity and increasing of contacts durability.
1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению композиционных материалов для разрывных электроконтактов и изделий из них методами порошковой металлургии.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of composite materials for discontinuous electrical contacts and products from them by powder metallurgy methods.

Известны материалы разрывных электроконтактов для низковольтной аппаратуры, основой которых является высокоэлектропроводный металл - серебро или медь, а в качестве функциональной добавки, придающей контактам высокий уровень служебных свойств - оксиды металлов [Мастеров В.А., Саксонов Ю.В. Серебро, сплавы и биметаллы на его основе. - М.: Металлургия, 1979. 296 с.; Braunovic M., Konchits V.V., Myshkin N.K. Electrical contacts. Fundamentals, applications and technology. London New York: CRC Press, 2006. 639 p.]. Наиболее эффективными в этом отношении признаны: оксид кадмия (CdO), используемый для этих целей уже более 60 лет (впервые предложен в 1939 г. [Hensel F.R. Electric contact material / US Pat. N 2,145,690, 1939.]), и диоксид олова (SnO2 - предложен в 1949 г. [Stumbock Max J. Electrical contact element containing tin oxide / US Pat. N 2,486,341, 1949]). Диоксид олова широко используется только в последние десятилетия, приходя на замену токсичному оксиду кадмия. Нашли также некоторое применение оксиды меди и цинка.Known materials of discontinuous electrical contacts for low-voltage equipment, the basis of which is a highly conductive metal - silver or copper, and as a functional additive that gives the contacts a high level of service properties - metal oxides [Masters V.A., Saksonov Yu.V. Silver, alloys and bimetals based on it. - M.: Metallurgy, 1979. 296 p .; Braunovic M., Konchits VV, Myshkin NK Electrical contacts. Fundamentals, applications and technology. London New York: CRC Press, 2006. 639 p.]. The most effective in this regard are: cadmium oxide (CdO), used for these purposes for more than 60 years (first proposed in 1939 [Hensel FR Electric contact material / US Pat. N 2,145,690, 1939.]), and tin dioxide ( SnO 2 - proposed in 1949 [Stumbock Max J. Electrical contact element containing tin oxide / US Pat. N 2,486,341, 1949]). Tin dioxide has been widely used only in recent decades, replacing toxic cadmium oxide. Copper and zinc oxides have also found some use.

Известны также металлокерамические материалы на основе меди с добавкой оксида кадмия Cu-(2,5…20%)CdO [Davies Т.А., Douglas P., Pedder D.J. Improvements in or relating to electrical contact materials / UK Pat. N 1376626, 1974. Davies ТА., Douglas P., Pedder D.J. Cu-[Ag]-CdO electric contact materials / US Pat. N 3,893,820, 1975].Also known are metal-ceramic materials based on copper with the addition of cadmium oxide Cu- (2.5 ... 20%) CdO [Davies T.A., Douglas P., Pedder D.J. Improvements in or relating to electrical contact materials / UK Pat. N 1376626, 1974. Davies TA., Douglas P., Pedder D.J. Cu- [Ag] -CdO electric contact materials / US Pat. N 3,893,820, 1975].

Оксиды-добавки в известные электроконтактные материалы (CdO, SnO2, CuO и ZnO) не являются типичными оксидами-изоляторами, тем не менее имеют достаточно высокое удельное электросопротивление (порядка 0,1…0,5 Ом·см - у CdO, 3·103…8·104 Ом·см - у SnO2 и ~105 Ом·см - у СuО и ZnO [Лазарев В.Б., Красов В.Г., Шаплыгин И.С. Электропроводность окисных систем и пленочных структур. - М.: Наука, 1979. 168 с.]).Additive oxides in known electrical contact materials (CdO, SnO 2 , CuO, and ZnO) are not typical oxide insulators, nevertheless, they have a rather high electrical resistivity (of the order of 0.1 ... 0.5 Ohm · cm for CdO, 3 · 10 3 ... 8 · 10 4 Ohm · cm for SnO 2 and ~ 10 5 Ohm · cm for CuO and ZnO [Lazarev VB, Krasov VG, Shaplygin IS Electrical conductivity of oxide systems and film structures . - M .: Nauka, 1979. 168 p.]).

Недостатки контактных материалов с добавками указанных оксидов заключаются в том, что электропроводность материала и контактов на его основе заметно снижается, что приводит к повышенным потерям электроэнергии в работающих контактах с последующим повышением их температуры и, в конечном счете - к снижению срока их службы. Так например, металлокерамический серебряный материал КМК-А00 (99,9% Ag) имеет удельное электросопротивление ρ=0,019 мкОм·м. Добавка 15% CdO к серебру повышает величину ρ до 0,028…0,030 мкОм·м, 10% CuO до 0,024…0,025 мкОм·м, а 8…12% SnO2 - до 0,022…0,026 мкОм·м.The disadvantages of contact materials with additives of these oxides are that the conductivity of the material and contacts based on it significantly decreases, which leads to increased losses of electricity in working contacts with a subsequent increase in their temperature and, ultimately, to a decrease in their service life. For example, the metal-ceramic silver material KMK-A00 (99.9% Ag) has a specific electrical resistance ρ = 0.019 μOhm · m. The addition of 15% CdO to silver increases the value of ρ to 0.028 ... 0.030 μOhm · m, 10% CuO to 0.024 ... 0.025 μOhm · m, and 8 ... 12% SnO 2 to 0.022 ... 0.026 μOhm · m.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому в изобретении является металло-оксидный материал для разрывных электроконтактов, включающий серебро и оксид олова в количестве 10-12%, а также допирующие оксид олова добавки [Jost E.M., McNeilly К.. Electrically Conductive Material and Method of Making / US Pat. N 5,963,772, 1999 (прототип)].Closest to the technical nature of the claimed invention is a metal oxide material for breaking contacts, including silver and tin oxide in an amount of 10-12%, as well as doping additives of tin oxide [Jost EM, McNeilly K. Electrically Conductive Material and Method of Making / US Pat. N 5,963,772, 1999 (prototype)].

Однако, несмотря на допирование и применение специальных технологических приемов, авторы указывают, что электропроводность изготовленных материалов не превышает традиционно получаемых для таких материалов величин. Добавки CdO, SnO2 и других применяемых оксидов существенно повышают удельное электросопротивление готовых контактных материалов, что неизбежно снижает эксплуатационные свойства и экономические характеристики контактов. Это наблюдается независимо от конкретной технологии производства.However, despite the doping and application of special technological methods, the authors indicate that the electrical conductivity of the manufactured materials does not exceed the values traditionally obtained for such materials. Additives of CdO, SnO 2 and other oxides used significantly increase the electrical resistivity of the finished contact materials, which inevitably reduces the operational properties and economic characteristics of the contacts. This is observed regardless of the specific production technology.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик разрывных электроконтактов из металло-оксидных материалов, расширение номенклатуры контактных материалов, а также повышение экологической безопасности при использовании электроконтактной продукции.The aim of the invention is to improve the operational characteristics of discontinuous electrical contacts from metal-oxide materials, expanding the range of contact materials, as well as improving environmental safety when using electrical products.

Поставленная задача решается применением новой, высокоэлектропроводной оксидной добавки к металлической основе, что ведет к повышению электропроводности контактных материалов.The problem is solved by the use of a new, highly conductive oxide additive to a metal base, which leads to an increase in the electrical conductivity of contact materials.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в снижении потерь электроэнергии и увеличении срока службы контактных элементов, а также в стабилизации режима работы и повышении надежности электроаппарата с такими контактами.The technical result obtained by using the present invention is to reduce energy losses and increase the service life of contact elements, as well as to stabilize the operating mode and increase the reliability of the electric device with such contacts.

Технический результат достигается тем, что в металло-оксидном материале для разрывных электроконтактов, состоящем из металлической основы - серебро или медь и оксидной добавки, новым является то, что в качестве оксидной добавки содержит высокоэлектропроводящее оксидное химическое соединение - станнат кадмия (Cd2SnO4), причем содержание оксидного компонента в материале находится в пределах 10-15 мас.%.The technical result is achieved by the fact that in the metal-oxide material for breaking contacts, consisting of a metal base - silver or copper and an oxide additive, it is new that it contains a highly conductive oxide chemical compound - cadmium stannate (Cd 2 SnO 4 ) as an oxide additive and the content of the oxide component in the material is in the range of 10-15 wt.%.

Эти признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».These signs allow us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty." When studying other well-known technical solutions in this technical field, the features that distinguish the claimed invention from the prototype are not identified and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "inventive step".

Существо предлагаемого технического решения заключается в том, что в качестве оксидной добавки в металлическую основу материала вводят высокоэлектропроводное оксидное соединение - станнат кадмия Cd2SnO4, компонентами которого являются оба наиболее эффективных в функциональном отношении оксида - CdO и SnO2. При этом физико-химическая сущность добавки сохраняется, но электропроводность готового материала повышается вследствие весьма низкого значения удельного сопротивления Cd2SnO4, имеющего металлический характер проводимости, ρ ~ 4·10-4 Ом·см [Ismail R.A., Tawfiq S.A., Hababa R., Sabry R.S., Abdulrazaq O.A.. Pulsed Laser Deposition of Crystalline Cd2SnO4 Thin Film // e-J. Surf. Sci. Nanotech. Vol.5 (2007), 152-154.]. Это на 3-7 порядков величины ниже, чем у индивидуальных оксидов-компонентов.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that, as an oxide additive, a highly conductive oxide compound, cadmium stannate Cd 2 SnO 4 , is introduced into the metal base of the material, the components of which are both the most functionally effective oxide - CdO and SnO 2 . In this case, the physicochemical nature of the additive is preserved, but the electrical conductivity of the finished material increases due to the very low value of the resistivity Cd 2 SnO 4 , which has a metallic conductivity, ρ ~ 4 · 10 -4 Ohm · cm [Ismail RA, Tawfiq SA, Hababa R. , Sabry RS, Abdulrazaq OA. Pulsed Laser Deposition of Crystalline Cd 2 SnO 4 Thin Film // eJ. Surf Sci. Nanotech. Vol.5 (2007), 152-154.]. This is 3-7 orders of magnitude lower than that of individual component oxides.

Повышение электропроводности контактного материала снижает омические потери электроэнергии в контактных элементах, их рабочую температуру и, следовательно, температуру соответствующих деталей и узлов электроаппарата, что ведет к стабилизации режима работы и повышению надежности аппарата. Немаловажное значение, с точки зрения все более повышающихся экологических требований, имеет понижение содержания токсичного кадмия в электроконтактах по сравнению с материалами системы Ag-CdO: при одинаковом массовом содержании оксидной добавки контакты с Cd2SnO4 содержат кадмия на 38 мас.% меньше.Increasing the electrical conductivity of the contact material reduces the ohmic loss of electricity in the contact elements, their operating temperature and, consequently, the temperature of the corresponding parts and components of the electrical device, which leads to stabilization of the operating mode and increase the reliability of the apparatus. Of low importance, from the point of view of increasingly increasing environmental requirements, is the decrease in the content of toxic cadmium in electrical contacts compared to materials of the Ag-CdO system: for the same mass content of the oxide additive, the contacts with Cd 2 SnO 4 contain 38% less cadmium.

Для практической апробации предлагаемого технического решения были изготовлены образцы электроконтактных материалов на основе серебра и меди с добавкой 12% станната кадмия, в количественном отношении аналогичной распространенным промышленным контактным материалам, а также образцы с таким же содержанием индивидуальных оксидов состава Ag-12CdO и Ag-12SnO2 в качестве сравнительных. Размеры образцов: 3×3×25 мм.For practical testing of the proposed technical solution, samples of silver and copper-based electrical contact materials were added with the addition of 12% cadmium stannate, quantitatively similar to common industrial contact materials, as well as samples with the same content of individual oxides of the composition Ag-12CdO and Ag-12SnO 2 as comparative. Sizes of the samples: 3 × 3 × 25 mm.

Способ изготовления образцов материалов включает следующие основные операции:A method of manufacturing samples of materials includes the following basic operations:

- приготовление шихты путем смешения порошковых компонентов,- preparation of the mixture by mixing powder components,

- холодное брикетирование в стальной пресс-форме,- cold briquetting in a steel mold,

- термообработку-спекание,- heat treatment-sintering,

- холодное уплотнение-допрессовку в стальной пресс-форме,- cold seal-prepress in a steel mold,

- отжиг.- annealing.

Давление прессования-брикетирования - 2,2-4,5 кбар, уплотнения-допрессовки - 10-14 кбар. Операции термообработки проводили в аргоне. Спекание материалов на основе серебра осуществляли в течение часа при температуре 820±10°С, на основе меди - при 930±10°С, отжиг - соответственно, при 440±10°С и 540±10°С в течение 0,5 ч.Pressing-briquetting pressure is 2.2-4.5 kbar, compaction-pressing is 10-14 kbar. Heat treatment operations were carried out in argon. Sintering of silver-based materials was carried out for an hour at a temperature of 820 ± 10 ° C, of copper-based at 930 ± 10 ° C, annealing, respectively, at 440 ± 10 ° C and 540 ± 10 ° C for 0.5 h .

Эта технологическая схема включает также предварительный синтез и приготовление порошков серебра известным методом осаждения из раствора AgNO3 гидроксидом натрия с дальнейшей фильтрацией, промывкой и прокаливанием на воздухе. Станнат кадмия синтезировали путем отжига стехиометрической смеси порошков оксидов CdO и SnO2 квалификации «чда», с последующим измельчением в планетарно-центробежной мельнице до дисперсности частиц порядка 2-5 мкм. Для материалов стандартных составов (Ag-12CdO, Ag-12SnO2) порошки оксидов также обрабатывали в планетарно-центробежной мельнице по тем же самым режимам. Результат синтеза соединения Cd2SnO4 контролировали рентгенофазовым анализом. Порошок меди использовали промышленный электролитический, марки ПМС-А.This flow chart also includes the preliminary synthesis and preparation of silver powders by the known method of precipitation from a solution of AgNO 3 with sodium hydroxide, followed by filtration, washing and calcination in air. Cadmium stannate was synthesized by annealing a stoichiometric mixture of powders of CdO and SnO 2 oxides of qualification “chda”, followed by grinding in a planetary centrifugal mill to a particle size of about 2-5 microns. For materials of standard compositions (Ag-12CdO, Ag-12SnO 2 ), oxide powders were also processed in a planetary centrifugal mill according to the same conditions. The synthesis result of the Cd 2 SnO 4 compound was monitored by x-ray phase analysis. Copper powder was used industrial electrolytic, grade PMS-A.

На приготовленных образцах проведены измерения их плотности и удельного электросопротивления при комнатной температуре. Результаты представлены в таблице. Плотность образцов материалов измеряли методом гидростатического взвешивания, электросопротивление - двухзондовым методом.On the prepared samples, their density and electrical resistivity were measured at room temperature. The results are presented in the table. The density of the samples of materials was measured by hydrostatic weighing, electrical resistance - two-probe method.

Состав, мас.%Composition, wt.% Плотность, г/см3 Density, g / cm 3 Электросопротивл., мкОм·мElectrical resistivity, μOhm · m Ag (металлокерамический)Ag (cermet) 10,0710.07 0,0200,020 Ag-12 Cd2SnO4 Ag-12 Cd 2 SnO 4 9,729.72 0,0250,025 Ag-12 CdOAg-12 CdO 9,759.75 0,0290,029 Ag-12 SnO2 Ag-12 SnO 2 9,739.73 0,0300,030 Сu (металлокерамический)Cu (cermet) 8,628.62 0,0210,021 Сu-12 Cd2SnO4 Cu-12 Cd 2 SnO 4 8,458.45 0,0270,027

Как показали измерения, добавка станната кадмия снижает удельное электросопротивление материалов, относительно материалов с добавками индивидуальных оксидов, в среднем, на 8-9%. Кроме того, эта добавка делает возможным использование меди в качестве основы материала, а также повышает экологическую чистоту электроконтактной продукции, по сравнению с производимым в России материалом СОК-15, за счет пониженного суммарного содержания токсичного кадмия.As the measurements showed, the addition of cadmium stannate reduces the electrical resistivity of materials, relative to materials with additives of individual oxides, by an average of 8-9%. In addition, this additive makes it possible to use copper as the basis of the material, and also increases the environmental friendliness of electrical contact products, compared with the SOK-15 material produced in Russia, due to the reduced total content of toxic cadmium.

Электроконтакты, изготовленные из предлагаемых материалов, могут успешно использоваться в низковольтных электроаппаратах на средние токи.Electrical contacts made of the proposed materials can be successfully used in low-voltage electric devices for medium currents.

Claims (1)

Металлооксидный материал для разрывных электроконтактов, состоящий из металлической основы в виде серебра или меди и оксидной добавки, отличающийся тем, что в качестве оксидной добавки он содержит станнат кадмия (Cd2SnO4), содержание которой в материале находится в пределах 10-15 мас.%. Metal oxide material for breaking contacts, consisting of a metal base in the form of silver or copper and an oxide additive, characterized in that it contains cadmium stannate (Cd 2 SnO 4 ) as an oxide additive, the content of which in the material is in the range of 10-15 wt. %
RU2008124531/02A 2008-06-16 2008-06-16 Metal-oxide material for bursting electric contacts RU2367695C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008124531/02A RU2367695C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Metal-oxide material for bursting electric contacts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008124531/02A RU2367695C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Metal-oxide material for bursting electric contacts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2367695C1 true RU2367695C1 (en) 2009-09-20

Family

ID=41167883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008124531/02A RU2367695C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Metal-oxide material for bursting electric contacts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2367695C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5102480A (en) * 1990-01-29 1992-04-07 Chugai Denki Kogyo K.K. Ag-sno-cdo electrical contact materials and manufacturing method thereof
SU1632255A1 (en) * 1989-03-01 1995-04-20 Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики Method of production of material for solver-based electrical contacts
SU1208821A1 (en) * 1984-07-18 1995-04-20 Истринское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики Silver based material for electric contacts
US5963772A (en) * 1995-11-27 1999-10-05 Chemet Corporation Electrically conductive material and method of making
RU2144093C1 (en) * 1995-02-01 2000-01-10 Дегусса Акциенгезельшафт Sintered material on base of silver-tin oxide for electric contacts and method of its manufacture

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1208821A1 (en) * 1984-07-18 1995-04-20 Истринское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики Silver based material for electric contacts
SU1632255A1 (en) * 1989-03-01 1995-04-20 Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики Method of production of material for solver-based electrical contacts
US5102480A (en) * 1990-01-29 1992-04-07 Chugai Denki Kogyo K.K. Ag-sno-cdo electrical contact materials and manufacturing method thereof
RU2144093C1 (en) * 1995-02-01 2000-01-10 Дегусса Акциенгезельшафт Sintered material on base of silver-tin oxide for electric contacts and method of its manufacture
US5963772A (en) * 1995-11-27 1999-10-05 Chemet Corporation Electrically conductive material and method of making

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4971754A (en) Method of preparing an electrical contact material, and a method of manufacturing a contact element incorporating such a material
JPWO2005015573A1 (en) Conductive paste
CA2422301A1 (en) Thermal fuse
KR20160030372A (en) Multilayer ceramic capacitor
JP4761868B2 (en) Sputtering target, manufacturing method thereof and transparent conductive film
CN106086495B (en) Cupric oxide doped siller tin oxide composite and preparation method thereof
Mohanty et al. Effect of Al on the electrochemical corrosion behaviour of Pb free Sn–8.5 Zn–0.5 Ag–XAl–0.5 Ga solder in 3.5% NaCl solution
US9928931B2 (en) Contact material
US4294616A (en) Electrical contacts
RU2367695C1 (en) Metal-oxide material for bursting electric contacts
Vu Silver migration–The mechanism and effects on thick-film conductors
CN102969082A (en) Method for preparing Ag-coating-Ni composite nano powder conductive slurries
EP2673785B1 (en) Material for providing an electrically conducting contact layer, a contact element with such layer, method for providing the contact element, and uses of the material
US20060162381A1 (en) Method of manufacturing tin oxide-based ceramic resistors & resistors obtained thereby
TWI422701B (en) Galliu oxide-zinc oxide series sputtering target
US4361033A (en) Method for selecting an additive for electrical contacts
CN1056129A (en) Palladium-Pd-Ag substrate alloy material
CN103757461B (en) Money base sliding type contact material containing solid-state decomposable compound and application
EP4318516A1 (en) Composite material for electrical contacts and method of producing same
JPS6261659B2 (en)
Zeer et al. Electrocontact material based on silver dispersion-strengthened by nickel, titanium, and zinc oxides
JPS5825444A (en) electrical contact materials
RU1817706C (en) Catalyst of oxygen electrode for the fuel element with alkaline electrolyte
CN108922701A (en) A kind of thermistor two-layer electrode and preparation method thereof
CN118460965A (en) Metal heating film and ceramic heating body for electronic atomization device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130617