（凝聚态物理专业论文）lafexni1xo3系陶瓷及复合电接触材料物性研究.pdf

山东大学磺士学位论文 摘要 利用传统的陶瓷制备工艺制成i , a f e , x n i l - x 0 3 系列陶瓷，将导电陶瓷【m 渤2 5 n i n 7 5 0 3 与银粉混合制成银基导电陶瓷复合触点材料对【亦e x n “1 0 3 系列陶瓷和 a g l a f e o 2 s n i 0 7 5 0 3 触点材料基本物化性能进行探讨 、 通过向银基体中掺入不同比例导电陶瓷以及第三相金属或金属氧化物，探 讨其对于触点材料转移、烧损，电学、燃弧性能的影响规律 利用x 射线衍射分析了陶瓷材料相结构，l a f n i l 鼍0 3 系材料随x 值不同， 具有不同的相结构通过控制材科配比和烧制工艺可以得到具有确定相结构比俪 的陶瓷材科 利用傅立叶红外光谱分析仪获得了1 a f e 。n i l 。0 3 系列陶瓷的红外吸收光谱 红外吸收谱的分析与x 射线衍射分析结果有良好的对应关系得到了类钙钛矿结 构镍基陶瓷红外谱图随成分变化的规律 利用p c l f 型材料热膨胀系数测试仪测量了l a f e x n i , 。0 3 系列材料的热膨胀系 数发现这一系列的镍基导电陶瓷的线膨胀系数在4 0 0 之前，随温度升高增加 较迅速4 0 0 之后线膨胀系数随温度变化缓慢随着x 值的增大，陶瓷的线膨 胀系数减小，随着烧结温度的升高，陶瓷的热膨胀系数减小 复合电接触材料中的导电陶瓷l a f e o 笛n in 5 仍具有独特的网络通道微观结 构，熔点高，电阻率小为导电性极好的半导体材料，且在大功率电弧烧蚀下相 结构不变化，可保持化学稳定性，当利用该陶瓷与银复合制成电接触材料使复 合材料具有低电阻率。高抗烧蚀性及稳定的化学性质满足电接触材科应具有的 各种要求 通过对银基掺入不同比例的导电陶瓷制得宅接触复合材料。研究电阻率与导 电陶瓷掺入量的关系，结果显示，当掺入电阻率为5 1 0 qq c m 的 l a f 钿，, 5 n i o , 0 3 陶瓷时，复合触点材料电阻率在小于2 5 0 pq 锄的范围内，证 明导电陶瓷良好的导电性能是复合材辩电阻率稳定的原因之一导电陶瓷具有独 特的微观结构，在微观上显现出层状结构，在复合材料中陶瓷颗粒分布均匀为 t 山东大学硕士学位论文 检验陶瓷材料高温电弧烧蚀下的化学稳定性将l a f e 0 0 5 n h 7 5 0 3 材料放入石墨电 极之间，用大功率电弧烧蚀，之后对烧蚀前后材料进行x 射线衍射分析得知 烧蚀前后相成份比例有所变化，但相的种类并无变化 利用触点寿命模拟实验机在一定电流电压条件下，对触点烧蚀及质量转移情 况进行了研究。发现a g l 峨2 5 n b 7 # 0 3 触点材料表现出正迁移特性，第三相金 属氧化物对复合材料抗烧蚀性及抗转移能力没有提高，在一定工作条件下，研制 的a g 厂l a f e oz 5 n i o7 5 0 3 触点材料可以替代目前市场上普遍使用的a s r 她a c d o 触点。 i i 关键词：银，导电陶瓷，电接触，红外光谱，热膨胀 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es e r i e so fc , c r a m i c , s i a f e x n i l x 0 3w c t ep r e p a r e dt h r o u g hc o n v e n t i o n a l t e c h n i q u eo f c e r a m i cp r e p a r a t i o ni a f 葡2 5 n i n 7 ，0 、张sm i x e dw i t hs i l v e rp o w d e r st o f o r me l e c t r i c a lc o m p o s i t ec o n t a c tm a t e r i a l s f u n d a m e n t a lp h y s i c a la n dc h e m i c a l c h a r a c t c r i s t i c so f e 衄a m i c sa n dt h e a g - b a s e dc o n t a c tm a t e r i a l s 啊f d i s c u s s e d m i xc o n d u c t i v ec e r a m i c sa n dm e t a l0 1 m e t a l - o x i d ew h i e l aa c t sa st h et h i r dp h a s e i n t os i l v e rm a t r i xi nd i f f e r e n tp r o p o r t i o n s a n dt h e nd i s c u s si t se f f e c to nt h ea r c c o r r o s i o n i n a s st r a n s f e r , e l e e t r i c sa n d 嗽b l a z i n gt i m ep c r f o r m a 淄o f t h ec o n t a c t s b yl l l c a l r l so fx r d ，w es t u d i e dt h ep h a s es l z u c t u 他o fi a f e o 2 5 n h ，5 0 3c e r a m i c s t t , v l ：f o u n dl a f e 0 2 5 n i o 0 3w a sac o m p o s i t ea 粥l m i cn l l l d cu po fs c v c r a lp h a s e s a n d t h e r ew a sd i f f e r e n tp h a s ei ni , a f e 0 2 5 n i o 7 , 0 3c n i l i cw i t hd i f f e r e n tx s ob y c o n t r o l l i n gt h em a t e r i a lr a t i oa n dt l a ct e c l m i q t i co f s l - t e r i , g , w e 锄c o tc e r a m i c sw i t h c o l f f l r m e dp r o p o r t i o no f p h a s em u c t l i r c o t h ei n f r a r e da b s o r p t i o ns p 缸o fia f c 烈i i 仍懈n l c s s t l t l 诅b yf t - i r - n e x u s - 6 7 0 w tf o t m dt h e 瓜s p 吲瞻w 撼a c c o r d i n gw i t l at h ex r d t h ei rs l 豫m a c h a n g e dw i t ht h ed i f f e r e n tx v a l u e t h e 胁x n i l 0 3t h e r m a lc o e f f i c i e n to fc x p a m i o nw a sr a c l l s u t e di , yp c y m o d e lh i g ht e m p e r a t u r eh o r i z o n t a le x p a n s i o na p p a r a t u s t h et h e r m a lc o e f f i c i e n to f e x p a n s i o ni n c r e a s e sr a p i d l yw i t hm ei n c r e a s i n gt e m p e r a t u r eb e f o r e4 0 0 ( 2 w l 蟹r c a s i l l c l c d 酏$ s l o w l ya t t e r4 0 0 1 2 w i t ht h ei z 唧t u so f t l a cxv a l u e 础妞t e m l m a t m o f t u t o r i n g t h e t h c r r n a ic o e f f i c i e n to f e x p a n s i o nd c 蝴 l h ec o n d u e t i v cc e r a m i ck 矗渊, 7 5 0 3h a s 妒n i c l l i 越m i c r o s m i c t 眦o f n e t w o r kd i s t r i b u t i o na n ds a m d w i c l a w i t hh i g h 雠l t i n gp d i ma n dl i t t l e 螂i s t i v i t y i t b c c , o n l c sak i n do fs e m i c o n d u c t o rm a t e r i a lw i t hl , c f f 嘲c o n d u c t i v i t y i t sp h a s e s t r u c t u r cw o u i d n tt a k ea n yc h a n g ea f t e rh i o l - p o w c ra r cc o t r o s i o nw h i e l ap t r o v c di t s g o o dc h e m i c a ls t a b i l i t y 1 1 忙e l e c t r i c a lc o l l t , a c tm a t e r i a l sw l a i c h 懈m i x e du pw i t h t h i sk i n do fc e r a m i c sa n ds i l v e rh a dl o wr e s i s t i v i t y , n i c ee o r r o s i o n o r c s i s t i n g 1 1 1 1 一一生查查堂堡主兰堡兰苎 p e r f o r m a n c ea n do b v i o u sc h e m i c a ls t a b i l i t y a l lt h ea b o v e - m e n t i o n e dp c r f o r m a l c 船 m a d et h i sk i n do fc o n l a c tm a t e r i a l ss a t i s f ya l lk i n d so fd e m a n d si ne l e c t r i c a lc o n l a 戍 f i e l d s b ym i x i n gd i f f e r e n tr a t i o sc e r a m i c si n t ot h es i l v e rm a t r i x 。w 零g o tt h ee l e c 戚c a l c o m p o s i t ec o n t a c tm a t e r i a l s t h er e s e a r c ho nt h er e l a t i o n sb e t w e e nt h ed o p e dq u a n t i t y o f c e r a m i c sa n dt h er c s i s t i v i q , p r o v e dm s i s t i v i t i c , o f t h ec o m p o s i t ec o n t a c tm a t e r i a l s w e r el e s st h a n2 5 0 q c mw h e nl a f e o 2 s n i 0 0 3w 魂a d o p t e dw h o s er e s i s t i v i t i e s w e r eb o t ha b o u t5 1 0 1o 。c m w h e nt h ea d o p t e dq u a n t i t yi n c r e a s e dt h er e s i s t i v i t y i n c r e a s e dw i t hi tw h i c h p r o v e dt h ep 玎f b c tc o n d 嘶v i t yo f t h e 傀n l i c sw 笛o n eo f l h e r e a s o n sf o rc o n t a c tm a t e r i a l st ok e e pr e s i s t i v i t ys t a b i l i t y t h ec o n d u c t i v ec 泓 a m i c s h a v ep a r t i c u l a rm i c r c 喀嗽n 赔n a m e l y , p l i a b l en e t w o r kd i s t x i b u t i o ns t t i g t l l l 略a n d s h o ws a m d w i c hf r o mt h em i c r o c o s m i ca s p e c tt h ec o n d u c t i v ec 哪n l i c sh a sag o o d d i s t r i b u t i o nu n i f o r m i t yi nt h es i l v e r t ot e s t 船c h c m c a ls t a b i l i t yo f t h ec e r a m c s 谢t l l a r ca b l m i o ni nh i g i lt e m p e r a t u r e , p u tl a f c o ，2 s n i o t s 0 3c e r a m i cr e s p e c t i v e l yb e t w e e l l t w og r a p h i me l e c t r o d e sa n da b l a t et h e m 、 ，i t hh i g h - p o w c 臂m - c b ym e a r l $ o fx r d a n a l y s i so nt h ec 脚 a l t i i c sb e f o r ea n d 撕c o r r o f i o n , 桃g o tt h a tt h ep h a s ed i d n tt a k e a n yc h a n g e 。 s t u d yt h ec o n t a c tp o i n ta f cc o r r o s i o na n d 且邺u 彻s f e ri nc e r l a i nd cv o l t a g ea n d c u r r e n t ，t h r o u g hc o n t a c tp o i ml i f es i m u l a t i o ns y s t e m t h ec o e f f i c i e n to fm a 铝t r a n s f e r d i r e c t i o ni sp o s i t i v e t h em e t a l - o x i d e 由p i l 培i n t os i l v e r 硎xt a k e c o n 耐b u t 。t o a n f i - a r c - c o r o s i o na n da n d - m a s sm m s f e r a b i l i t y u n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n , t h e a g l a f e 0 2 5 n i o7 s 0 3e l e c t r i c a lc o m p o s r ec o n t a c tm a t e r i a l sc a nr e p l a c et h ea g $ n 0 2 a g c d ow h i c ha f cp o p 出l o f ft h em a r k e ta tp r e s e n t k e yw o r d s ：s i l v e r , , l a f e , x n i l 。o j e l e c u i cc o n t 扯t , i r5 p 缸a t h e r m a le x p a n s i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 。 、 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外户本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：圣垄煎日期：呈型：2 垒 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 、 论文作者签名：至壅扭刍导师签名基宣丞童日凝；功8 9 铲 o 山末大学硬士学位论文 1 i 导电陶瓷简介 第一章绪论 陶瓷制品在我国有着悠久的历史陶瓷传统的概念是。由粘土或主要含粘土 的混合物，经成形、干燥、烧成而成的制品的总称随着工业的发展，陶瓷的原 料也变的更多、更广，相应的陶瓷的定义也不断得到延伸进一步发展的结果是。 原料或产品中虽然不含硅酸盐组分，然而同样用陶瓷工艺方法制陶工艺生产的制 品也称陶瓷目前这类材料在不断发展，新型材料不断出现，几乎包括7 所有的 无机非会属材料和制品它和金属材科、有机高分子材料并列为当代三大固体材 料 电子陶瓷是应用于电子技术中的各种陶瓷主要分两大类：结构陶瓷和功能 陶瓷 结构陶瓷：用于制造电子元件、器件，部件和电路中基体、外壳、固定件和 绝缘零件等的陶瓷材料，它可分为电真空瓷，电阻基体瓷和绝缘零件瓷等 功能陶瓷：用于制造电容器、电阻器、电感器、换能器、滤波器、振荡器、 传感器等，在电路中起一种或多种功能的陶瓷材料它分为电容器瓷铁电瓷、 压电瓷、半导体瓷、导电陶瓷，超导陶瓷以及磁性瓷等 导电陶瓷是一种新型功能材料，具有类金属态导电性( 电阻率小于 l o - 3 0 锄) ，同时又具有陶瓷的结构特性和机械特性，其制造工艺可采用标准的 固相反应法，适合于大批量生产由于独有的物理和化学性质，如抗氯化、抗腐蚀、 抗辐射、耐高温和长寿命等特点，该种材料具有广泛的应用前景人们对铅系、 锰系，钴系导电陶瓷已傲了大量的研究工作，并在固体燃料电池的电极材料、化学 敏感材料、高温加热材料、固定电阻器以及替代贵金属的氧化还原催化荆等方面 进行了广泛的应用性研究我们研制的用于新型触头材料的导电陶瓷除上述特点 外，还具有以下优点： ( 1 )具有类金属态导电性( p y n b y f ，- o 另一方面，m n 3 + 离子的静态扬一特勒效应( s t a t i c j a h n - t e l l e re f f e c t ) 引起四角形畸变，使得y 诚弘_ o 频率比y f ：t o 频率高 这组样品频移波数明显大于图3 - 5 中六个样品的频移波数这是因为在图3 - 5 中六个样品的b 位离子仅仅是n i 与f e 的摩尔比发生变化，在不考虑晶体其他离 子影响前提下。该处的吸收峰是受n i 和f e 的综合作用形成，故而波数频移没有 图3 - 6 中明显这一现象同时也印证了该波数处的吸收峰与b 位离子有很大关系 b 位离子种类的变化会明显的影响到4 7 0 c m 1 处吸收峰频率的变化 综合图3 - - 5 、3 - - 6 。我们的实验条件下制各的这几组类钙钛矿结构导电陶瓷 具有较为类似的红外吸收谱线在5 5 3c n 1 、4 7 0c 一波数处都有较为明显的红 外吸收峰4 7 0c m 波数处的红外吸收峰峰位会随着b 位离子的掺杂量发生频移 图3 - 5 和图3 - 6 中的样品都在y = 7 2c m 1 附近出现了较尖锐的吸收谱带，而 且各个样品在这个波数的吸收峰频率和峰形几乎相同作者认为这个谱带可能是 在我们这种工艺条件下制备的a b 0 ，结构晶体的晶格振动产生的，还有待于进一 步的研究 3 3 本章小结 1 ) l a f e x n i i 1 仍的t d 分析显示，l a f e x n i ：勘系陶瓷随着成分变化相结构发 生变化，大部分样品具有类钙钛矿结构 2 ) 随着f c 离子进入晶格数量的增加，l a f e x n i l 岛样品主晶相发生四方一六方 一正交的相交 3 ) l a f e x n i i 籼( x ：0 ，0