Ag-Ta2AlC一种新型电接触材料
继电器广泛应用于加速器、卫星、火箭等各种高科技领域，在信号传输、远距离控制实现、保护电路等方面发挥着重要作用，直接影响航天和国防装备系统的安全。继电器电接触材料的选择对其性能至关重要。电弧放电具有高温、高热、高能量的特点，在工作过程中十分常见，电弧会腐蚀电接触材料，造成凹坑、飞溅颗粒、成分变化、性能下降等。传统使用的银基电接触材料如AgCdO、AgSnO 2存在铬性或润湿性差、温升剧烈等问题，需要寻找新的增强相材料来替代CdO和SnO 2材料。MAX相材料是一种以导电性好而闻名的陶瓷材料，最近对MAX相增强银基电接触材料的电弧腐蚀性能进行了研究。
近日，蚌埠大学黄小晨教授团队首次报道了Ag-Ta 2 AlC复合材料的合成、微观结构、物理性能(相对密度、硬度和电导率)和电弧腐蚀性能。对不同成分的Ag-Ta 2 AlC复合材料进行了电弧腐蚀性能对比分析。此外，通过实验观察和记录了Ag-Ta 2 AlC复合材料的微观结构和化学变化。系统地解释了电弧腐蚀的机理和形貌的形成。
该团队于 2024 年 7 月 9 日在《先进陶瓷杂志》上发表了他们的研究成果。
“本报告中，我们采用热压烧结法制备了体积分数为 10%、20%、30% 和 40% 的 Ag -Ta 2 AlC 复合材料。Ag-10vol.% Ta 2 AlC 复合材料的相对密度为 98.2%。随着 Ta 2 AlC 含量的增加，Ag-Ta 2 AlC 复合材料的相对密度逐渐降低。硬度先增加后降低。Ag-30vol.% Ta 2 AlC 复合材料的硬度最高，为 97.4 HV。”蚌埠学院副教授黄晓晨说道，他的研究兴趣集中在 Ag 基电接触材料领域。
“Ag-30vol.%Ta2AlC复合材料的电弧能量最低(3.395kJ)，起弧时间最短(33.26ms)。此外，电弧分散在Ag-30vol.%Ta2AlC复合材料表面，防止集中电弧侵蚀，在四种材料中具有更高的抗电弧侵蚀性能。”黄晓晨说。
“Ag-Ta 2 AlC复合材料的表面原子吸收了能量，超过了Ag和Ta 2 AlC的功函数，导致它们电离。电离的氧原子与Ta和Al离子结合形成Ag 2 O、AgO、Ta 2 O 5和Al 2 O 3。 ”黄晓晨说。
但发现金属相向气相的转变边界与电弧电压、气压、气体种类及材料等密切相关，考虑到影响电弧从金属相向气相转变因素的复杂性，有必要进一步探究空气条件下Ag-Ta 2 AlC的电弧转变。
其他贡献者包括来自中国蚌埠大学材料与化学工程学院的黄晓晨、李亮、葛金龙;来自中国蚌埠安徽科技大学化工与材料工程学院的赵浩;来自中国淮南师范大学化学与材料工程学院的周一珏。
该研究得到安徽省自然科学基金(2208085ME104、1908085QE218)、安徽省高校自然科学研究项目(KJ2021ZD0141、2022AH051589)、安徽省优秀青年教师培养计划(YQYB2023054)和淮南市科技指导计划项目(2023017)的资助。
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