收藏本站
《昆明理工大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

反应合成银氧化锡复合材料的合成机制与性能研究

陈敬超  
【摘要】:本文以反应合成AgSnO2复合材料为研究对象,通过复合材料制备、复合材料材料显微组织与性能分析、AgSnO2复合材料组织均匀化的有限元模拟分析、AgSnO2复合材料电接触性质的分子动力学模拟、AgSnO2复合材料反应合成机制的第一原理计算分析等研究手段,围绕反应合成AgSnO2复合材料中的微观结构分析与形成机制、反应合成AgSnO2复合材料中的组织均匀化与性能关系、反应合成AgSnO2复合材料中的电接触性能、AgSnO2复合材料反应合成机制等内容开展了系统的实验分析与理论研究。研究获得以下结果: 1.AgSnO2复合材料反应合成制备技术 以Ag-15wt%Sn、Ag2O为原料,辅以Ag粉为成分调节剂,采用反应合成技术可以合成制备SnO2含量10%(质量百分比)的AgSnO2复合材料,该材料具有复合材料界面洁净、增强相与基体结合牢固的特点。 2.反应合成AgSnO2复合材料的显微组织 反应合成法制备的AgSnO2复合材料烧结锭坯中Sn02颗粒较为细小存在严重的团聚现象。经过大塑性变形加工,当真应变达到11.7时,反应合成AgSnO2复合材料中聚集的Sn02颗粒,弥散分布在银基体中,实现了显微组织的均匀化。 反应合成制备的AgSnO2复合材料中,第二相Sn02颗粒中存在弥散分布的Ag6O2质点,并且Sn02与Ag602之间保持严格的晶体学位向关系,即:(110)SnO2//(101)Ag6O2 [001]SnO2//[010]Ag6O2 反应合成技术制备的AgSnO2复合材料中的Ag/SnO2界面清洁、无其它生成物存在。经过组织均匀化处理后,第二相Sn02与基体之间没有明确的晶体学位相关系。 3.反应合成AgSnO2复合材料的显微组织均匀化与性能 有限元模拟反应合成AgSnO2复合材料的组织均匀化结果表明,AgSnO2复合材料通过累计挤压塑性变形,在变形过程中复合材料的表层与心部、基体与第二相之间的不协调应力与应变,在复合材料中产生了较大的剪切应力。AgSnO2复合材料中呈环状聚集的Sn02颗粒在应力、应变的作用下,通过基体金属的流变,弥散分布在基体中,对改善复合材料的性能十分有利。这是大塑性变形得以均匀AgSnO2复合材料组织的关键。 4.反应合成AgSnO2复合材料的电接触性能 对于反应合成技术制备的AgSnO2复合材料在电流25A条件下,不同材料变形量所得的AgSnO2材料的材料转移量均较小(100ng/次),表现出良好的抗电弧侵蚀性能。 反应合成AgSnO2复合材料在电弧作用下的工作电压、工作电流对材料的转移方式和转移量都有显著的影响。在18V工作条件下,反应合成AgSnO2复合材镣在一定电流值范围内发生阳极转移,当电流大于临界值后,材料转移方式反向。而在8.5V工作条件下,材料只发生阴极转移。且在8.5V电压条件下的材料转移量与18V工作条件下的材料转移量相比,有明显降低。实验结果表明,在反应合成AgSnO2电触头材料的电接触过程中,电弧自身的伏-安特性决定了材料的转移方式,并是影响材料转移量的重要因素。 在18V工作电压,电流值≤20A工作条件范围内,反应合成AgSnO2材料的熔焊力曲线波动小,且数值较低,这表明反应合成AgSnO2材料在该工作条件范围内抗熔焊性能良好。而电流值20A时,材料的抗熔焊性能明显下降。 反应合成AgSnO2阳极触点在发生阳极转移后,形貌呈现大量气孔、裂纹、及熔珠特征。 分子动力学模拟结果表明,当温度界于银基体的熔点和氧化锡的熔点之间时,团聚的氧化锡颗粒在银熔池中被不断分散、解离成较小的团聚颗粒,从而氧化锡在银液中的分布更加均匀,增大了熔体的粘度,这是反应合成AgSnO2电接触材料具有较低的材料转移能力的重要原因。随着温度升高,当熔池温度高于银的升华温度后,氧化锡将发生分解,分解得到的氧散失在环境中,分解得到的部分锡也将发生挥发。氧化锡的分解、银的汽化、锡的挥发都会消耗电弧能量,是发生灭弧的主要原因,灭弧对于电接触材料来说,是降低材料的电弧侵蚀最重要的因素之一。 5. AgSnO2复合材料的反应合成机理 采用Ag-15wt%Sn合金为反应物、Ag20为氧化剂,进行AgSnO2复合材料的反应合成,从计算结果可以发现,绝大多数可能发生的反应吉布斯自由能均远远小于零,证明这些反应从热力学角度来讲是可以进行的。但热力学分析难于对反应中各生成相的稳定性及反应方向做出严格的判断。 根据相图及晶体结构参数,建立了Ag-Sn合金在不同反应阶段的反应物、过渡相、生成物以及它们在发生氧化还原反应之后的银锡氧模型。 第一原理计算结果表明,Ag-15wt%Sn合金反应合成AgSnO2复合材料中,形成SnO2的反应方向应是在富锡区进行,而不是在富银区。反应方向是:Ag4Sn→Ag4Sn+Ag3Sn→Ag3Sn→Ag3Sn+Sn(Ag)固溶体→Sn(Ag)固溶体。 对Ag6O2/SnO2和Ag/SnO2的晶胞能进行了比较,结果发现,Ag6O2/SnO2的晶胞能比Ag/SnO2的晶胞能更低、更稳定。物相分析的结果证实了理论分析的正确性,暨Ag6O2可稳定存在于SnO2中。 从形成焓和布居两方面确定了Ag-Sn-O体系中,相的稳定性按照以下顺序由大到小:SnO2 Ag6O2 SnO Ag2O。 在AgSn合金氧化过程中,Ag2O分解释放出自由O原子,O原子的运动方式以间隙机制为主,Sn的扩散运动则为置换机制。 本论文的研究结果,不仅从理论上阐明了反应合成AgSnO2复合材料显微结构形成机制、组织均匀化原理、材料显微结构与性能关系、反应合成机制,丰富和完善了金属基复合材料的基础理论,而且可以用于AgSnO2复合材料的应用实践。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB33

知网文化
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 严辉,杨巍,宋雪梅,吕广宏;第一原理方法在材料科学中的应用[J];北京工业大学学报;2004年02期
2 张宝生,陈家庆,蒋力培,薛龙;Marc在接触分析中的应用[J];北京石油化工学院学报;2003年02期
3 刘海英,王亚平,丁秉钧;纳米AgSnO_2触头材料的制备与组织分析[J];稀有金属材料与工程;2002年02期
4 申玉田,崔春翔,申玉发,徐艳姬,刘华;Cu-Al合金内氧化的热力学分析——Ⅰ热力学函数[J];稀有金属材料与工程;2004年06期
5 陈熙;;银—氧化物触头材料的通断特性和用Ag—SnO_2代替Ag—cdo(摘编)[J];低压电器技术情报;1979年03期
6 K.-W.JAGER ,K.E.SAEGER ,E.VINARICKY ,刘书骏;银氧化锡触头材料[J];低压电器;1984年04期
7 王绍雄;新触头材料AgSnO_2的发展和应用[J];低压电器;1992年01期
8 翁桅;我国低压电器用触头材料的现状和发展趋势[J];低压电器;1995年02期
9 吴细秀,狄美华,李震彪,刘成衍,刘天刚;电触头侵蚀研究概述[J];低压电器;2003年05期
10 荣命哲,赵志远,杨武;低压电器中电触头材料的转移[J];低压电器;1998年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 田国才;密度泛函理论中分子体系的界限研究[D];云南师范大学;2002年
2 罗晓光;BC_2N和B_2CN高密度相的第一性原理预测[D];燕山大学;2003年
3 闫杏丽;银氧化铜电接触材料组织性能研究[D];昆明理工大学;2004年
4 简德湘;高能球磨法制备AgSnO_2电接触材料的研究[D];天津大学;2004年
5 操振华;银基复合材料的组成与性能的研究[D];合肥工业大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 雷开贵,邓子辰;多层粘钢加固钢筋混凝土梁的有限元静力分析[J];四川建筑科学研究;2003年01期
2 雷开贵,邓子辰,陈顺祥;粘钢加固钢筋混凝土梁的动态有限元建模与分析[J];四川建筑科学研究;2003年03期
3 巩妮娜;刘西拉;;从结构工程的角度看混凝土在冻融循环下的破坏标准[J];四川建筑科学研究;2005年06期
4 王丽艳;袁新明;;贮料对钢仓壁面静动压力特性的弹塑性分析[J];四川建筑科学研究;2006年03期
5 胡志军;袁新明;;某大型利浦式钢板筒仓的屈曲分析[J];四川建筑科学研究;2008年01期
6 张维维;赵成林;李广帮;王丽娟;;ANS-OB精炼终点温度预报模型[J];鞍钢技术;2010年02期
7 李传瑞;王立涛;葛仁余;余小鲁;陈志浩;;CSP连轧过程变形的有限元分析[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年04期
8 陈艳,刘宁;润扬大桥北锚变更方案的变形和应力比较[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年01期
9 谢玉芳;;钢管混凝土柱-钢筋混凝土环梁式节点抗弯机理分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2012年02期
10 李元鹏;宋连浩;;基于MSC.Marc分析的模型相似关系研究[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许春停;李萍;薛克敏;周明智;;筒形件滚珠旋压的模拟分析[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 许立讲;李孝轩;刘刚;严伟;;基于金基共晶钎料的毫米波T/R组件连接技术研究[A];2010中国电子制造技术论坛论文集[C];2010年
3 祁勇峰;崔建华;谢晓玲;;复杂结构进水塔抗震与稳定性研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
4 韩跃新;刘杰;李艳军;张淑敏;赵庆杰;;临江式铁锰矿石深度还原—高效分选技术研究[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
5 吴保安;李国纲;汪建胜;王云春;陈小军;;PtRh40-PtRh20高温热电偶丝制备工艺研究[A];2011(昆明)中西部第四届有色金属工业发展论坛论文集[C];2011年
6 周国红;张海龙;张昭;王士维;;碳纤维补强氧化锆基复合材料的制备及其力学性能[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
7 夏春智;梁秋会;李亚江;;Cu/Al直接钎焊接头组织性能研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
8 李亚江;吴娜;王娟;夏春智;;Super-Ni/NiCr叠层材料与Cr18-Ni8钢真空钎焊接头的组织性能[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
9 马斐;张东升;张晓春;;基于变形量控制的充填体力学参数研究[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
10 甄强;崔园园;余敬世;张中伟;王金明;许正辉;;低烧蚀(后同)碳/碳复合材料中组分的化学设计[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 王永东;氩弧熔敷原位自生颗粒增强镍基复合涂层研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 姜国强;弓网滑动电接触摩擦磨损行为研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
4 张选利;柔性注压锚杆锚固特性研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
6 于晓慧;金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江苏大学;2010年
7 戈晓岚;SiC_p/Al复合材料摩擦学特性及其分形研究[D];江苏大学;2010年
8 黄芳;高镁磷尾矿回收利用磷、镁的应用基础研究[D];昆明理工大学;2010年
9 张昆华;大变形制备Ag/Ni纤维复合电接触材料研究[D];昆明理工大学;2009年
10 谭红琳;金属离子掺杂的ZnO第一性原理计算及透明导电薄膜制备研究[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王茜;时效处理对快速凝固Cu-Cr合金组织性能的影响[D];河南理工大学;2010年
2 徐蕙;CuO薄膜和Cu/TiO_x复合薄膜的制备与表征[D];浙江理工大学;2010年
3 李冲;超导材料性质和半导体表面重构及表面合金性质[D];郑州大学;2010年
4 李凯;微/纳米颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
5 崔向前;轻金属LiAlH_4,LiBH_4储放氢第一性原理研究[D];郑州大学;2010年
6 王岩;Ca、Sr对AS21合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年
7 董权;钢索试验装置改进研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王家华;层状陶瓷Ti_3AlC_2的制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 林爽;低温前驱体裂解法合成碳化硼粉体的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 高飞;异种钢焊接的残余应力研究[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵国忠,王成辉;镧镨铈(LPC)稀土在6063铝合金中的作用[J];四川有色金属;2003年04期
2 邵庆辉,古国榜,章丽娟,李新军;纳米材料的合成与制备进展研究[J];兵器材料科学与工程;2002年04期
3 许少凡;碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨复合材料强度的影响[J];兵器材料科学与工程;2004年02期
4 李雅文,丁华东,浩宏奇,金志浩;铜石墨材料抗弯强度与断裂机制研究[J];兵器材料科学与工程;1997年03期
5 吴树森;日本金属基复合材料的研究与应用[J];兵器材料科学与工程;1999年02期
6 于立彪,郑慕侨,张英;负重轮多体接触问题有限元分析[J];北京理工大学学报;2002年05期
7 林光明,杨华,周岐发,张进修;掺杂对纳米SnO_2晶化及阻温特性的影响[J];传感技术学报;1996年01期
8 郝元恺;非连续物增强轻金属复合材料研究现状及展望[J];材料导报;1994年05期
9 程秀兰,潘复生;金属基复合材料的反应合成技术[J];材料导报;1995年05期
10 张二林,曾松岩,曾晓春,李庆春;接触反应法制备颗粒增强型金属基复合材料[J];材料导报;1996年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王兴斌;;电子工业用金属复合材料[J];功能材料;1986年05期
2 ;[J];;年期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 吴积钦;韩峰;方岩;;弓网系统电接触特性分析[A];高速铁路接触网系统新技术研讨会论文集[C];2010年
2 ;[A];高速铁路接触网系统新技术研讨会论文集[C];2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨光;基于非晶硅薄膜太阳能电池的实验与仿真研究[D];电子科技大学;2012年
中国知网广告投放
相关机构
>电子科技大学
相关作者
>杨光
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026