《銅基電觸頭材料物理化學(xué)基礎(chǔ)》以銅基電觸頭材料為主要研究對象,系統(tǒng)分析了電觸頭材料設(shè)計、制備和研發(fā)的基本原則;全面論證了實現(xiàn)電觸頭材料組織均勻化及保障其具有高水平服役特性的物理化學(xué)途徑和常用工藝方法;詳細(xì)闡述了電觸頭材料物理機(jī)械特性研究結(jié)果、電觸頭元件的實驗室及中試生產(chǎn)工藝優(yōu)化,以及新型銅基電觸頭材料及其制備工藝開發(fā)。
《銅基電觸頭材料物理化學(xué)基礎(chǔ)》可作為從事電觸頭材料工藝設(shè)計和開發(fā)的技術(shù)人員及科研工作者的參考書,也可作為高等院校材料科學(xué)與工程一級學(xué)科及電工材料研究方向的研究生教材。
銅基電觸頭材料在電器行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,且隨著節(jié)銀環(huán)保及特高壓輸變電的需求,其應(yīng)用前景將更加廣闊。為適應(yīng)電器行業(yè)發(fā)展的需求,需要不斷開發(fā)新型先進(jìn)銅基電觸頭材料。這就要求研究者不斷解決電觸頭材料設(shè)計、制備及服役過程中的基本科學(xué)問題,從而為新技術(shù)的研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)并提供科學(xué)指導(dǎo)。電觸頭材料的物理化學(xué)問題是新材料開發(fā)不可回避的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。事實上,電觸頭材料作為復(fù)合材料中的重要分支,其涉及的設(shè)計、制造和服役過程中的問題,在復(fù)合材料領(lǐng)域普遍存在。因此,解決這些科學(xué)問題的意義和價值不僅局限于電觸頭材料領(lǐng)域。
本書從先進(jìn)電器對電觸頭材料的需求出發(fā),系統(tǒng)分析了電觸頭材料服役損傷規(guī)律及機(jī)制,總結(jié)和歸納了現(xiàn)有電觸頭材料的特點(diǎn),指出了低壓電器等領(lǐng)域以銅基材料替代銀基材料需要解決的科學(xué)技術(shù)問題。書中結(jié)合作者多年來開發(fā)銅基電觸頭材料的實例,詳細(xì)論述了銅基電觸頭材料設(shè)計和制備工藝研究所涉及的物理化學(xué)基礎(chǔ)理論,從材料學(xué)、工藝學(xué)及物理化學(xué)角度對銅基電觸頭材料的設(shè)計、制備及服役特性預(yù)測與表征進(jìn)行了全面闡述,提出了新型銅基電觸頭材料成分及工藝設(shè)計的研究思路。
本書分為6章,第1章為低壓電器用電觸頭材料,主要闡述電接觸過程及其對觸頭材料的要求;第2章為電觸頭材料制備工藝中的基本物理化學(xué)問題,主要對材料設(shè)計、制備和改性所涉及的物理化學(xué)問題進(jìn)行分析和總結(jié);第3章為銅基電觸頭材料及工藝設(shè)計,主要結(jié)合作者獲得的低壓電器以銅代銀電觸頭材料設(shè)計的結(jié)果,闡述銅基電觸頭設(shè)計的思想和方法;第4章為銅一金剛石電觸頭材料的制備工藝和性能,是在第3章的材料設(shè)計的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析了銅基電觸頭材料制備的工藝特點(diǎn),以及其組織與性能的關(guān)系;第5章為TCO/Cu電觸頭材料,是作者及其團(tuán)隊近年來研究成果的總結(jié);第6章為高壓電器用電觸頭材料,主要對現(xiàn)有高壓觸頭的設(shè)計思想和工藝路線進(jìn)行梳理總結(jié),并對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。
本書旨在使讀者系統(tǒng)掌握電觸頭材料設(shè)計的基礎(chǔ)理論和制備的基本方法,同時可以舉一反三,形成一套完整的電觸頭材料設(shè)計和工藝設(shè)計原則。本書可作為從事電觸頭材料工藝設(shè)計和開發(fā)的技術(shù)人員及科研工作者的參考書,也可作為高等院校材料與工程一級學(xué)科及電工材料研究方向的研究生教材。
本書在撰寫過程中,哈爾濱工業(yè)大學(xué)甄良教授負(fù)責(zé)整體框架的構(gòu)建及全書圖、表的編寫,俄羅斯西伯利亞聯(lián)邦大學(xué)V.V.Ivanov(伊萬諾夫·維克多)教授提供了大量實驗數(shù)據(jù)和俄文資料,并對全書涉及的物理化學(xué)基礎(chǔ)理論的內(nèi)容進(jìn)行了審核。
書中的大量試驗數(shù)據(jù)源于本課題組周勁松、崔玉勝、王巖、彭桂榮、李維建等同學(xué)在攻讀博士學(xué)位期間的工作成果;李維建博士還撰寫了本書第5章中5.1節(jié)和5.6節(jié);博士研究生陳梓堯參與完成參考文獻(xiàn)的核對和整理工作。在此一并表示感謝。
本書得到了國家自然科學(xué)基金項目(51371072)的支持,僅此致謝。
由于作者水平有限,書中疏漏和不足之處在所難免,敬請讀者指正。
邵文柱,哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師。長期從事電接觸材料設(shè)計及損傷行為研究。承擔(dān)國防973、國家863、國家自然科學(xué)基金、總裝備部預(yù)研等***計劃項目10余項,獲省部級科技獎勵2項。獲國家發(fā)明專利授權(quán)12項。在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文160余篇,SCI引用3400余次,H因子為34。出版專著4部。培養(yǎng)博士研究生16名。
甄良,哈爾濱工業(yè)大學(xué)黨委常委、副校長,哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)常務(wù)副校長;特聘教授,博士生導(dǎo)師;兼任中國機(jī)械工程學(xué)會材料分會副理事長,入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃,獲黑龍江省杰出青年基金資助。主要從事先進(jìn)材料組織調(diào)控及變形斷裂行為研究。承擔(dān)國防973、國家863、國家自然科學(xué)基金(重點(diǎn)/面上)、總裝備部預(yù)研項目等項目20余項,獲省部級科技獎勵3項。獲國家發(fā)明專利授權(quán)23項。在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI收錄論文307篇,SCI引用7500余次,H因子為49,培養(yǎng)博士研究生36名,其中2人獲全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎,1人獲中國材料研究學(xué)會首屆優(yōu)秀博士論文獎。
V.V.Ivanov(伊萬諾夫·維克多),俄羅斯西伯利亞聯(lián)邦大學(xué)教授,俄羅斯鋁業(yè)集團(tuán)高級技術(shù)顧問。長期從事先進(jìn)金屬陶瓷設(shè)計及服役行為研究。1989年起與哈工大開展先進(jìn)電工材料開發(fā)方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作。協(xié)助完成國家經(jīng)貿(mào)委批產(chǎn)學(xué)研示范工程銅基無銀電觸頭材料中試及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)工作。獲俄羅斯及中國發(fā)明專利授權(quán)30余項。在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文120余篇。出版專著3部,參編專著2部。
緒論
第1章 低壓電器用電觸頭材料
1.1 電接觸過程及其對電觸頭材料的要求
1.1.1 電弧及其對電觸頭的影響
1.1.2 閉合電觸頭上的物理過程
1.1.3 接觸體系過載機(jī)制
1.1.4 電接觸過程對電觸頭材料的基本要求
1.2 低壓電器用電觸頭材料的分類及特點(diǎn)
1.2.1 電觸頭材料的分類
1.2.2 電觸頭材料的制備工藝
1.2.3 電觸頭材料的特點(diǎn)及應(yīng)用
1.3 電觸頭測試
第2章 電觸頭材料制備工藝中的基本物理化學(xué)問題
2.1 復(fù)合材料制備的一般性原則
2.2 電觸頭材料粉末冶金工藝方法
2.2.1 混粉
2.2.2 壓制
2.2.3 燒結(jié)
2.2.4 粉末材料的輔助致密化方法
2.2.5 復(fù)合材料組織均勻化處理方法
2.3 組織均勻化處理的物理化學(xué)基礎(chǔ)
2.3.1 潤濕和薄膜生成
2.3.2 化合物的熱分解
2.3.3 新相形成及其穩(wěn)定化
2.4 固體與活性氣體的高溫相互作用
2.4.1 典型實例及其動力學(xué)參數(shù)
2.4.2 碳的燃燒和石墨化動力學(xué)
第3章 銅基電觸頭材料及工藝設(shè)計
3.1 銅鎘合金電觸頭材料
3.1.1 合金元素的性質(zhì)及相圖
3.1.2 銅鎘合金的性質(zhì)
3.1.3 銅鎘合金的工藝特性
3.1.4 銅與液態(tài)鎘相互作用動力學(xué)
3.2 銅基電觸頭材料中的非金屬添加相
3.2.1 電觸頭復(fù)合體中的細(xì)彌散金剛石
3.2.2 銅基電觸頭中的金屬相添加物
3.2.3 銅基電觸頭材料的組織調(diào)控
3.2.4 CdO/Cu-Cd電觸頭材料
第4章 銅一金剛石電觸頭材料的制備工藝和性能
4.1 Cp/Cu-Cd復(fù)合材料的工藝特性
4.1.1 原始粉末及其混合
4.1.2 混合粉體冷壓成型特性
4.1.3 冷壓坯件燒結(jié)特性
4.1.4 金剛石的石墨化傾向性研究
4.2 Cp/Cu-Cd復(fù)合材料在存儲和服役過程中的表面變化
4.2.1 銅基電觸頭材料的大氣腐蝕行為
4.2.2 服役過程中電觸頭表面的變化
4.3 Cp/Cu-Cd復(fù)合材料強(qiáng)度
4.4 Cp/Cu-Cd復(fù)合材料組織與服役性能之間的關(guān)系
4.5 Cp/Cu-Cd復(fù)合材料電接觸特性測試
4.5.1 導(dǎo)電性測試
4.5.2 電磨損性能測試
4.5.3 型式試驗
……
第5章 TCO/Cu電觸頭材料
第6章 高壓電器用電觸頭材料
附錄 電觸頭材料常用化學(xué)元素的物理性能
參考文獻(xiàn)