梯度钛硅化碳-铜高压电接触材料研制及其在电弧作用下相组成与组织演化和烧蚀机理

电力是中国能源发展的战略选择。高压开关、断路器是保证电力系统安全的关键器件。器件中的触头在电弧下反复离合的极端条件里工作，是触头决定器件的寿命。我国积极发展轨道交通，但中高压开关、断路器和受电弓滑板主要依赖进口，尽快研制中高压电接触材料极具战略意义。本项目利用钛硅化碳(Ti3SiC2)高导电、高强度、减摩、耐磨和高温热稳定性好等特点，通过粉末温压和等离子烧结等技术研制一系列高致密钛硅化碳-铜梯度电接触材料，以钛硅化碳含量较高的一面为工作面，起到减摩、抗压、抗电弧烧蚀等作用，而梯度的成分分布可保证材料的抗热震性，并均匀过渡到纯铜的一面。适用于有接触摩擦、接触压力大、频繁操作和电弧烧蚀严重等场合，如用作高压电触头和受电弓滑板材料等。研究该材料在电弧作用下相组成和组织形貌的演化，分析电弧烧蚀机理。通过扩散偶实验，分析各界面相的热力学关系和动力学特征，研究金属化机理和材料的热稳定性，优化制备工艺。

利用Ti3SiC2高强、高导电、减摩、耐磨和高温热稳定性好等特点，通过温压和等离子烧结等技术研制出一系列高致密、高纯Cu-Ti3SiC2梯度电接触材料，以Ti3SiC2含量较高的一面为工作面，起到减摩、抗压等作用，而梯度的成分分布可保证材料的抗热震性，并均匀过渡到纯铜的一面。适用于有接触摩擦、接触压力大、频繁操作等场合，如用于受电弓滑板和电触头阳极等。研究了该材料在电弧作用下相组成和组织形貌的演化，分析电弧烧蚀机理。通过扩散偶实验，分析各界面相的热力学关系和动力学特征，研究金属化机理和材料的热稳定性，优化制备工艺。实验证明高纯Cu-Ti3SiC2比含有杂质的同样材料有更好的减摩、导电能力。为此，研发出制备高纯Ti3SiC2和Cu-Ti3SiC2的方法，并发明了一种半封闭式反应烧结容器。含适量Ti3SiC2的Cu基材料适合用作滑动电接触材料，但一定要避免Ti3SiC2因电弧而发生的分解。作为高压触头材料，Cu-Ti3SiC2的优势不明显，但少量的Ti3SiC2加入会提高Cu基材料的抗磨、抗熔焊能力，在电流不高的情况下用作阳极可发挥其优势。