摘要: 作为电器开关的重要组成部分，触头本身的性质影响着开关电器的使用寿命和可靠性。由于AgCdO在工作过程中会产生有毒物质而逐渐的被淘汰，作为替代材料的AgSnO2具有高抗熔焊性和耐电弧烧蚀，且工作过程中不会产生有毒物质，具有很好的发展前景。但AgS... 展开 作为电器开关的重要组成部分，触头本身的性质影响着开关电器的使用寿命和可靠性。由于AgCdO在工作过程中会产生有毒物质而逐渐的被淘汰，作为替代材料的AgSnO2具有高抗熔焊性和耐电弧烧蚀，且工作过程中不会产生有毒物质，具有很好的发展前景。但AgSnO2触头材料也存在着一些缺陷，随着触头动作次数增加，触头表面会析出导电性较差的SnO2，导致接触电阻变大、工作环境温度升高，进而减少触头使用寿命，降低可靠性；另外AgSnO2触头材料的硬度高、脆性强，触头在工作期间产生的磨损同样会减少触头的使用寿命，为解决上述问题，本文开展了以下研究工作： 首先在CASTEP模块上进行了非金属元素N、F、S掺杂SnO2的性能仿真研究，第一性原理仿真计算结果表明：单掺杂后的SnO2的形成能均是负值，这表明理论上非金属元素掺杂后的SnO2是可以稳定形成的，共掺杂的系统会在费米能级附近引入更多的杂质能级，使带隙缩窄，使SnO2的导电性提高；掺杂后的SnO2硬度会有所降低，延展性有所提升。单掺杂N对材料改善效果明显，共掺杂N-F效果更佳。 利用溶胶-凝胶法制备非金属元素N、F、S单掺杂和共掺杂的SnO2粉末，并对粉末进行XRD实验。结果表明，无论单掺杂还是共掺杂，非金属掺杂并未改变SnO2晶体结构，掺杂后体系仍属于四方相金红石结构。 最后利用粉末冶金法制备出非金属元素N、F、S单掺杂和共掺杂AgSnO2触头，并测量其电导率和硬度，进行电接触实验，测量其接触电阻、燃弧能量和熔焊力。结果表明，掺杂后的触头材料韧性均有不同程度的增强，从非金属元素单掺杂的结果来看，单一元素掺杂只能提升触头材料的某一性能，N-F共掺杂触头材料接触电阻数值低且稳定，燃弧能量和熔焊力相对较小，具有良好的导电性能、耐电弧侵蚀和抗熔焊性，说明非金属元素的共掺杂对改善触头性能更有效。实验结果与仿真计算结果一致，验证了理论计算方法的可行性与正确性。 收起