電觸頭廣泛應用于各種電氣設備中，如開關、插座、繼電器、斷路器、接觸器、電動機等，其質量和性能對電氣設備的性能和壽命有著重要的影響。雙碳戰(zhàn)略背景下，全球新能源和電氣化加速發(fā)展，光伏、風電、電動汽車等領域對繼電保護和控制等的要求不斷提高，對高性能電接觸材料提出日益嚴苛的要求。在此背景下，電觸頭材料市場規(guī)模復合增長率超過20%，對行業(yè)提供巨大的挑戰(zhàn)和機遇。
Ag基電觸頭材料是中低壓負載中應用最廣的一類電觸頭材料。我國已是世界上最大的Ag基電觸頭材料生產國，但在高端市場上仍缺乏與國外企業(yè)（如日本田中貴金屬集團等）產品競爭的實力。學術界關于增強相尺寸、體積分數和形貌等因素對Ag-SnO2和Ag-Ni電觸頭材料性能的影響尚無定論，關于材料的微結構設計缺乏理論指導。針對以上狀況，本書具體介紹如下內容：
① 通過濕化學沉淀法制備不同形貌的SnO2增強相顆粒，系統考察pH值、溫度、反應物濃度、反應時間和表面活性劑PVP等對SnC2O4前驅體形貌的影響，研究晶體生長機理，控制合成顆粒狀、管狀、棒狀和針狀四種不同形貌的SnO2增強相顆粒，為后續(xù)開展Ag-SnO2微結構調控提供基礎。
② 采用檸檬酸輔助的非均勻沉淀法制備顆粒彌散強化的Ag-SnO2電觸頭材料，結合實驗結果和理論計算，系統研究顆粒強化Ag-SnO2電觸頭材料中SnO2尺寸和體積分數與材料電導率和力學性能之間的關系。
③ 開展Ag-SnO2電觸頭材料增強相形貌調控和性能研究，系統考察SnO2和In2O3增強相形貌對Ag-SnO2電觸頭材料性能的影響，研究Ag-SnO2電觸頭材料的抗電弧侵蝕性能及其機制。
④ 以H2C2O4為沉淀劑，開展Ag-Ni電觸頭材料的化學沉淀制備，分析Ag -Ni2 -C2O2-4-H2O中的沉淀配位情況，以此為指導控制合成兩種不同形貌的Ag、Ni草酸鹽前驅體，并分析前驅體晶體生長機制，研究前驅體的熱分解特性，探究Ni形貌對Ag-Ni電觸頭材料的力學和電學性能影響，分析亞微米Ni強化Ag-Ni電觸頭材料的電弧特性和電弧侵蝕顯微組織。
⑤ 采用包覆-燒結-大塑性變形方法制備纖維強化Ag-Ni電觸頭材料，研究Ag顆粒退火對燒結坯中Ni網連續(xù)性的影響，以及塑性變形中隨真應變增大發(fā)生的Ni組織變化，分析纖維強化Ag-Ni電觸頭材料的抗電弧侵蝕性能及相關機制。
電接觸是關系電力安全可靠的重要環(huán)節(jié)，因此本書適宜從事中低壓電接觸安全和銀基電工材料以及相關專業(yè)的人士參考。
感謝東北大學孫旭東教授對本書研究內容和成果的指導，也感謝國家自然科學基金和福建省科技廳對項目研發(fā)和本書出版的支持，書中不足之處，請讀者不吝賜教。
林智杰
2023年10月
第1章緒論1
1.1電觸頭材料簡介1
1.1.1電觸頭材料發(fā)展簡史1
1.1.2Ag基電觸頭材料的類型2
1.2Ag-SnO2電觸頭材料微觀結構調控9
1.2.1成分調控9
1.2.2顯微組織調控11
1.3Ag-Ni電觸頭材料微觀結構調控15
1.3.1Ni顆粒均勻彌散15
1.3.2纖維復合17
第2章SnO2形貌可控合成及其機理19
2.1合成方法20
2.1.1原料20
2.1.2工藝過程20
2.1.3分析21
2.2四種典型形貌SnC2O4前驅體的表征21
2.3SnC2O4前驅體生長維度的控制25
2.3.1混合方式對SnC2O4前驅體形貌的影響25
2.3.2反應時間對正滴合成SnC2O4前驅體形貌的影響26
2.4一維SnC2O4前驅體的尖端溶解現象28
2.4.1Sn2 和C2O2-4摩爾比對SnC2O4前驅體形貌的影響28
2.4.2時效時間對管狀SnC2O4前驅體形貌的影響30
2.5實心棒狀前驅體的尺寸和長徑比控制31
2.5.1時效時間對棒狀SnC2O4前驅體形貌的影響31
2.5.2反應溫度對SnC2O4前驅體的形貌影響32
2.5.3反應pH值對SnC2O4前驅體形貌的影響34
2.6PVP對SnC2O4前驅體形貌影響35
2.6.1PVP添加量對SnC2O4前驅體的形貌影響35
2.6.2反應溫度對針狀SnC2O4前驅體生成的影響35
2.6.3時效時間對針狀SnC2O4前驅體的形貌影響38
2.7SnC2O4前驅體晶體生長機理39
2.7.1SnC2O4分子的一維鏈狀結構（一維形貌的形成）39
2.7.2SnC2O4分子鏈間的SnO鍵作用（四邊形截面的形成）40
2.7.3Sn2 的配位平衡40
2.7.4PVP的作用41
2.8SnC2O4的熱分解行為42
第3章顆粒強化Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織設計及性能45
3.1合成方法46
3.1.1原料46
3.1.2工藝過程47
3.1.3分析47
3.2有限元模擬50
3.2.1模型的建立50
3.2.2數據分析方法52
3.3檸檬酸輔助非均勻沉淀法制備Ag-SnO2復合粉體52
3.4SnO2尺寸對Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響54
3.5SnO2體積分數對Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響60
3.6SnO2對Ag-SnO2力學性能的影響規(guī)律62
3.6.1SnO2體積分數對力學性能影響63
3.6.2SnO2對Ag-SnO2電觸頭材料的直接強化作用64
3.6.3SnO2對Ag-SnO2電觸頭材料的間接強化作用66
3.6.4SnO2對Ag-SnO2電觸頭材料的混合強化作用70
第4章Ag-SnO2電觸頭材料增強相形貌調控與性能73
4.1合成方法74
4.1.1原料及工藝過程74
4.1.2分析74
4.2SnO2形貌對Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響75
4.2.1SnO2形貌對Ag-SnO2電觸頭材料物相及顯微組織影響75
4.2.2SnO2形貌對Ag-SnO2電觸頭材料物理性能影響76
4.2.3SnO2形貌對Ag-SnO2電觸頭材料的直流抗電弧特性影響78
4.3Ag-SnO2電觸頭材料的電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機理83
4.3.1Ag-SnO2電觸頭材料的陰極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機理83
4.3.2Ag-SnO2電觸頭材料的陽極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機理88
4.4In2O3添加對Ag-SnO2電觸頭材料顯微組織及性能影響91
第5章化學沉淀法制備Ag-Ni電觸頭材料97
5.1Ag -Ni2 -C2O2-4-H2O體系沉淀-絡合熱力學分析98
5.1.1沉淀-絡合平衡模型的建立98
5.1.2計算結果99
5.2合成方法100
5.2.1原料100
5.2.2工藝過程100
5.2.3分析101
5.3前驅體的成分和形貌分析102
5.4前驅體的熱分解行為分析106
5.5Ag-Ni電觸頭材料顯微組織與性能109
5.6Ag-Ni電觸頭材料的直流電弧特性114
5.6.1Ni形貌對Ag-Ni電觸頭材料直流電弧侵蝕特性的影響114
5.6.2Ag-Ni電觸頭材料的陰極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機理115
5.6.3Ag-Ni電觸頭材料的陽極電弧侵蝕表面形貌特征及其形成機理117
第6章包覆-燒結-大塑性變形法制備纖維強化Ag-Ni電觸頭材料120
6.1合成方法120
6.1.1原料120
6.1.2工藝過程121
6.1.3分析122
6.2Ag-Ni粉體122
6.3Ag顆粒熱處理對Ag-Ni電觸頭材料燒結坯顯微組織和性能影響124
6.4大塑性變形對Ag-Ni電觸頭材料顯微組織與性能影響126
6.5纖維強化Ag-Ni電觸頭材料的直流抗電弧特性129
參考文獻134
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