新型电接触材料Ag-Ta₂AlC的电弧侵蚀性能研究

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、保护电路等方面起着至关重要的作用，直接影响航天、国防装备系统的安全。继电器电触点材料的选择对其性能至关重要。

电弧放电是电弧工作过程中的常见现象，电弧放电具有高温、高热、高能量等特点，电弧放电会腐蚀电接触材料，造成电弧坑、飞散颗粒、成分变化、性能下降等现象。传统使用的银基电接触材料如AgCdO、AgSnO 2等存在铬性或润湿性差、温升剧烈等问题，因此需要寻找新的强化相材料来替代CdO、SnO 2 等材料。

MAX相材料是一类以良好电导率著称的陶瓷材料，最近对MAX相增强银基电接触材料的电弧侵蚀性能进行了研究。

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)和电弧侵蚀性能。对不同成分的Ag-Ta 2 AlC复合材料进行了电弧侵蚀性能对比分析。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。系统地解释了电弧侵蚀的机理和形貌的形成。

该团队在《先进陶瓷杂志》上发表了他们的研究成果。

“本论文采用热压烧结法制备了体积分数为10%、20%、30%、40%的Ag -Ta2AlC复合材料，其相对密度为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。硬度起初增加然后降低。Ag-30vol.% Ta 2 AlC 复合材料的硬度最高，为 97.4 HV，”蚌埠大学(中国)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)，电弧时间最短(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。”黄教授说。

“Ag-Ta 2 AlC 复合材料的表面原子吸收的能量超过了 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。