Wie wirkt sich die Partikelgröße des AgSn-Legierungspulvers auf die Leistung aus?

Und wie wirkt sich die Pulverpartikelgröße auf die Organisation und Eigenschaften des Materials während seiner Herstellung aus? Forscher von Fudar Alloy haben die Auswirkungen unterschiedlicher Partikelgrößen von AgSn-Legierungspulver auf die Mikrostruktur vor der Oxidation untersucht und aufgedeckt, was eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung neuer elektrischer Kontaktmaterialien bietet.

Warum ist die Partikelgröße so wichtig?

AgSnO₂-Werkstoffe werden üblicherweise durch Pulvervoroxidation hergestellt, was eine effektive Methode ist, um die Beständigkeit gegen Schmelzschweißen und Verschleiß zu verbessern. Die Pulverpartikelgröße kann die Oxidationsreaktion jedoch erheblich beeinflussen:
1. Kleine Partikelgröße: Die Oxidationsreaktion konzentriert sich um die Partikel und die Oxidschicht ist dünn und homogen.
2. Große Partikelgröße: Die Dicke der Oxidschicht nimmt zu, jedoch neigen Oxidagglomerate zur Bildung, was zu ungleichmäßigen Eigenschaften führt.
Um dieses Phänomen eingehend zu untersuchen, wurden drei Arten von AgSn-Legierungspulvern mit Partikelgrößen von 15 μm, 116 μm und 264 μm für das Experiment ausgewählt und ihre Mikrostrukturen und Eigenschaften nach der Voroxidation systematisch analysiert.

Forschungsmethodik und experimentelles Design

Materialvorbereitung

AgSn-Legierungspulver mit drei Partikelgrößen wurden durch ein Zerstäubungsverfahren mit der gleichen chemischen Zusammensetzung (91 % Ag, 8 % Sn) hergestellt.

lVoroxidation: Die Pulver wurden bei unterschiedlichen Temperaturen (400–900 °C) gehalten, um eine Oxidschicht zu bilden.

lLeistungsprüfung: Nach der Voroxidation wurden die Pulver durch isostatisches Druckformen, Sintern und Extrudieren auf Eigenschaften wie Härte, Dehnung und elektrischen Widerstand getestet.

Material	Durchschnittliche Partikelgröße (μm)	Inhaltsstoffgehalt (Gew.-%)
		Bei	Sn	Zusatzstoffe
Zerstäubtes Pulver	15	91	8	Gleichgewicht
	116
	264

Kernerkenntnis: Partikelgröße beeinflusst Mikrostruktur und Eigenschaften

Auswirkung unterschiedlicher Partikelgrößen auf die Mikrostruktur vor der Oxidation

Kleine Partikelgröße (15 μm): Oxidation tritt hauptsächlich an den Rändern der Partikel auf, die Oxidschicht ist dünn und gleichmäßig.

Mittlere Partikelgröße (116 μm): Die Dicke der Oxidschicht nimmt deutlich zu, ungefähr 20 μm, und an den Rändern der Partikel bildet sich eine dichte Oxidschicht.

Große Partikelgröße (264 μm): Das Phänomen der Oxidaggregation ist deutlich, die Dicke der Oxidschicht nimmt nicht weiter zu, die lokalen Oxide diffundieren selektiv entlang der Korngrenzen und bilden agglomerierte Bereiche.



Wenn die Pulverpartikelgröße 15 μm beträgt, tritt die Pulveroxidation hauptsächlich an den Rändern der Partikel auf. Mit zunehmender Partikelgröße bildet das Oxid eine Oxidschicht um die Partikel herum. Bei weiterer Vergrößerung der Partikelgröße nimmt die Dicke der Oxidschicht nicht zu oder führt sogar zur Agglomeration der Oxidpartikel.
Gleichzeitig wurde die Morphologie von 15 und 264 μm großen zerstäubten Pulveroxidpartikeln beobachtet, wie in Abb. 2 dargestellt. Während Abb. 2(a) die Anordnung von 15 μm großem Pulver nach der Oxidation zeigt, ist die Größe des Oxids bei etwa 0,2 μm zu sehen. Abb. 2(b) zeigt die Vergrößerung von Bereich A in Abb. 1(c). Man erkennt, dass nach der Oxidation des 264 μm großen zerstäubten Pulvers die Partikelgröße des Oxids im oxidangereicherten Bereich am Rand (ca. 1 μm, in Form länglicher Streifen) deutlich größer ist als im Inneren der Partikel (ca. 0,3 μm). Vergleicht man Abb. 2(a)(b), sind die 15 μm großen Pulveroxidpartikel deutlich kleiner als die Oxidpartikelgröße nach der Oxidation des 264 μm großen Pulvers.

(Fotos eines Rückstreuelektronenmikroskops)

(a) 15μm, (b) 264μm

Einfluss unterschiedlicher Partikelgrößen auf die Eigenschaften nach der Extrusion

Um die Auswirkung unterschiedlicher Partikelgrößen auf die Materialeigenschaften und -organisation zu untersuchen, wobei gleichzeitig die Organisation der 116 μm- und 264 μm-Pulver nach der Oxidation ähnlich war, wurden 15 μm- und 264 μm-Zerstäubungspulver mit der Partikelgröße von 15 μm und 264 μm ausgewählt, voroxidiert und dann isostatisch gepresst, um das Material zu bilden. Darauf folgten Sintern und Extrudieren mit einem Extrusionsverhältnis von 190. Die Materialeigenschaften der 15 μm- und 264 μm-Pulver nach der Extrusion werden in Tabelle 2 verglichen:
– Härte: Die Härte des 15 μm-Pulvers betrug 102,1 HV und war damit geringfügig höher als die des 264 μm-Pulvers mit 100,8 HV.
- Dehnung: Die Dehnung des 15 μm starken Materials (6 %) war wesentlich höher als die des 264 μm starken Materials (3 %).
- Elektrischer Widerstand: Beide Werte liegen nahe beieinander, nämlich 2,23 μΩ·cm bzw. 2,26 μΩ·cm.

Partikelgröße des zerstäubten Pulvers	Härte (HV)	Zugfestigkeit (MPa)	Dehnung (%)	Elektrischer Widerstand (μΩ·cm)
15μm	102.1	309,5	6	2.23
264μm	100,8	309,7	3	2.26

Um die Gründe dafür, warum Härte und Dehnung nach der Extrusion von zerstäubtem Pulver mit einer Partikelgröße von 15 μm etwas höher sind als die entsprechenden Eigenschaften nach der Extrusion von zerstäubtem Pulver mit einer Partikelgröße von 264 μm, gründlich zu analysieren, wurden die Mikrostrukturen der beiden oben genannten Probengruppen nach der Extrusion wie in Abb. 3 gezeigt verglichen.

Wie auf den Horizontalaufnahmen ersichtlich, ist die Verteilung der Oxidpartikel nach der Extrusion von 15 μm zerstäubtem Pulver gleichmäßiger, während die Oxidpartikel nach der Extrusion von 264 μm zerstäubtem Pulver eine netzartige Struktur aufweisen und oxidreiche und oxidarme Bereiche vorhanden sind. Wie auf den Längsaufnahmen ersichtlich, ist die Verteilung der Oxide nach der Extrusion von 15 μm zerstäubtem Pulver entlang der Extrusionsrichtung linearer und gleichmäßiger und wird von einer kleinen Anzahl oxidarmer Bereiche begleitet. Während sich extrudiertes Oxid aus 264 μm zerstäubtem Pulver mit stärkerer Agglomeration entlang der Extrusionsrichtung verteilt, begleitet von einem großen Bereich mit Oxidarmut.

Beim Vergleich der Mikrostrukturen nach der Extrusion von 15 und 264 μm zerstäubtem Pulver wurde festgestellt, dass die Oxidpartikel nach der Extrusion von 15 μm zerstäubtem Pulver gleichmäßiger waren, während es nach der Extrusion von 264 μm zerstäubtem Pulver offensichtlich oxidreiche und oxidarmute Bereiche gab und somit die Härte und Dehnung des ersteren nach der Extrusion etwas höher waren als die entsprechenden Eigenschaften des letzteren nach der Extrusion.

(Fotos eines Rückstreuelektronenmikroskops)

(a)15μm, Querschnitt, (b)15μm, Längsschnitt,(c)264μm, Querschnitt,(d)264μm, Längsschnitt

Warum gibt es diese Diskrepanz?

Die Oxidationsreaktion wird üblicherweise in drei Phasen unterteilt:
1. Schnelle Reaktionsphase: Die Oxidschicht bildet sich schnell und ihre Dicke nimmt mit der Reaktionszeit zu.
2. Stabilisierungsphase: Die Oxidschicht verhindert die Diffusion von Sauerstoff und die Oxidationsreaktion verlangsamt sich.
3. Schneller Neustart der Reaktion: Die Oxidschicht reißt oder fällt ab und die Reaktion beschleunigt sich.

In diesem Experiment findet in der Oxidationsphase bei niedriger und mittlerer Temperatur hauptsächlich an der Partikelgrenzfläche statt. In der Oxidationsphase bei hoher Temperatur ist der Abstand zwischen den Grenzflächen von AgSn-Pulverpartikeln kleiner Partikelgröße sehr klein und das dichte Oxid auf der Oberfläche behindert die Diffusion von Sauerstoff, wodurch die Oxidation in eine stabile Phase übergeht und die Oxidation daher hauptsächlich an der Partikelgrenzfläche stattfindet. und beim AgSn-Pulver mit größerer Partikelgröße ist der Abstand zwischen den Schnittstellen der Pulver größer, und nach der inneren Oxidation tritt eine große Volumenausdehnung auf, und die ursprünglich gebildete Oxidfilmschicht scheint sich zu lösen oder zu brechen, und in der Oxidschicht liegt eine Legierungszusammensetzung vor, und die Reaktion tritt in eine schnelle Reaktionsphase ein, wodurch eine Schicht aus offensichtlichem Oxid gebildet wird, während ein Teil des Oxids entlang der Korngrenze eine bevorzugte Ausrichtung und Agglomeration aufzuweisen scheint.

Anwendungsaussichten und Optimierungsrichtungen

1. Empfohlene Partikelgröße:
Untersuchungen haben ergeben, dass Pulver mit einer Partikelgröße von 15 μm die beste Leistung in Bezug auf Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften aufweist und den Anforderungen an Hochleistungskontaktmaterialien gerecht wird.

2. Prozessverbesserung:
Bei Pulvern mit großer Partikelgröße kann die Oxidverteilung durch Optimierung der Oxidationsparameter oder Zugabe homogener Dispergiermittel zur Verbesserung der Materialeigenschaften verbessert werden.

Abschluss

Durch die Untersuchung der Auswirkungen unterschiedlicher Partikelgrößen von AgSn-Legierungspulvern auf die Mikrostruktur vor der Oxidation haben wir festgestellt, dass eine sinnvolle Wahl der Partikelgröße nicht nur die Mikrostruktur des Materials verbessert, sondern auch seine mechanischen und elektrischen Eigenschaften deutlich steigert. Diese Erkenntnis stellt eine wichtige Referenz für die Entwicklung neuer umweltfreundlicher elektrischer Kontaktmaterialien dar und weist die Richtung für die Gestaltung zukünftiger Kontaktmaterialien. Wenn Sie Fragen zu AgSn-Legierungspulver haben, können Sie sich gerne an uns wenden.