一、有研究指出:对AgMeO触头材料抗电弧侵蚀性能影响主要为三个方面:
1.液态银对第二组分的润湿性
2.分散体系的粘性。
3.MeO组分的分布及热稳定性。
这些性能看来相互独立,实质互相依赖密不可分。就AgSnO2材料而言,SnO2组分的热稳定性高于CdO,在电弧作用下若SnO2能以固态颗粒形式均匀悬浮于液态银中,就能保证AgSnO2材料分散体系的粘性,从而保证AgSnO2优良的抗电弧侵蚀,尤其是抗液滴喷溅的能力。但因液态银对SnO2的润湿性差,因而SnO2难于悬浮于液态银熔池中。这正是引起长期运行时AgSnO2材料温升过高及侵蚀性和抗熔焊性不尽人意的原因。同时也是研究发展AgSnO2触头材料微量添加剂的主要原因。
基于此点,AgSnO2触头材料中理想的微量添加剂,首先应是良好的助润湿剂,即添加剂应具有强化液态银对AgSnO2的润湿能力。添加剂对AgSnO2触头材料电弧作用下冶金学过程、抗电弧侵蚀性能以及其他电接触性能的影响,主要通过改善液态银对SnO2的润湿性而实现。微量添加剂还应具有相当的热稳定性,因若极易被分解或蒸发,则其作用也就无从谈起。此外,热稳定性较高且与液态银之间有良好润湿性的微量添加剂, 其本身也将成为电弧作用下分散体系中的熔质,对分散体系中的粘性做出有益贡献。同时,对微量添加剂还有化学稳定性的
要求,尤其是要求不与Ag及第二组分SnO2发生化学反应,或反应生成物的热稳定性低,或生成物导电性能良好。
二、对AgSnO2电弧侵蚀形貌特征的影响
AgSnO2触头材料电弧侵蚀形貌是电弧热力作用、触头材料表面动力学特性和冶金学特性及电弧与电极材料交互作用的综合性外部宏观表现。反过来,侵蚀形貌与触头材料的抗电弧侵蚀和抗熔焊性也有密切的联系。研究表明,AgSnO2触头材料电弧侵蚀形貌以下述5个方面为主要特征。
1.气孔
一方面,由于液态银比固态银对O2的吸附作用高40倍,故在电弧作用下,Ag发生熔化时将吸收更多的O2;电弧熄灭,液态银凝固时O2析出而形成气孔。另一方面,因AgSnO2触头材料原始组织含有气态相,在电弧作用下气态相受热膨胀将会逸出对AgSnO2电弧侵蚀机理的影响基体,也能形成气孔。
2.富银区
不同的AgMeO,其富银区的产生机理不尽相同。AgSnO2材料表面富银区的形成,主要是因Ag和SnO2之间的润湿性极差所致。
3.SnO2聚集区
同样,由于SnO2与Ag之间固有的低润湿性,导致SnO2聚集区形成。
4.网络区
如果材料中加入有利的添加剂,则无Ag与SnO2的富集,而是在触头材料受热相变过程中产生SnO2与Ag均匀分布的网络区,其中SnO2起类似“骨架”的作用而Ag均匀渗透于“骨架间”。5.裂纹
由于温度梯度及各组分热膨胀系数不同,导致触头微裂纹的发生与扩展。
触头材料受到非重复的电弧热力作用,表面层组织特性将发生重大改变,体现在其表面形貌与初始表面状态间有着极大的不同。因而,触头的各种电接触性能在运行过程中也处于不断的变化之中。因熔焊点的熔焊强度下降,多孔疏松的表面层及存在SnO2聚集的表面层具有很好的抗熔焊特性;而另一方面,抗电弧喷溅能力却降低,接触电阻升高。富银区的出现虽可降低接触电阻和温升,但却引起分散体系中粘性的降低。
与上述情况不同,表面形貌中网络区的出现,能全面改善触头材料的电接触性能,不仅抑制了触头材料温升,也使得SnO2能均匀悬浮于液态银中,保证分散体系的粘性和抗电弧喷溅的能力。这种侵蚀形貌特征正是在AgSnO2材料中加入合适添加剂后所期望的。
触头裂纹的形成机理已有文献探讨,需强调的是在AgSnO2中加入合适的添加剂,可抑制触头裂纹的扩展,其机理仍在于增加了电弧作用期间液态银对触头表面的润湿。