一种定向分布的SnO2/A2Sn2O7复相陶瓷增强银基复合材料的制备方法

复相陶瓷粉体；
11.(2)制备sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体
12.按质量比88:12称取银粉与sno2/a2sn2o7复相陶瓷粉体，将银粉、sno2/a2sn2o7复相陶瓷、研磨球和无水乙醇依次放入球磨罐中，在转速200～300rpm条件下研磨10～25h，得到sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体；
13.(3)制备sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料
14.将sno2/a2sn2o7复相陶瓷银基复合粉体导入热压模具中，进行二次热压处理；其中，初次热压的压力30～50mpa，温度为830～920℃；二次热压的压力60～80mpa，温度为700～850℃；热压反应结束后，以空冷的方式处理，最终得到sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料。
15.作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，sn粉、bi粉、sb粉或y粉的纯度大于或等于99.99％；sn粉的平均晶粒度为50～150nm，bi粉、sb粉或y粉的平均晶粒度为70～200nm。
16.作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，氩气的压强为0.3～0.7mpa。
17.作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，以2～5℃/min的速率升温至预定的反应温度条件。
18.作为本发明的优选方案，所述步骤(2)中，研磨球和球磨罐的材质均为氧化锆或玛瑙；研磨球包括两种尺寸，球:球的质量比＝1:1。
19.作为本发明的优选方案，所述步骤(2)中，按照研磨球与复相陶瓷粉体的质量比5～10:1称取研磨球，按照无水乙醇与复相陶瓷粉体的质量比2:1称取无水乙醇。
20.最后，针对得到sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料进行致密度、导电导热、界面润湿性等测试。
21.本发明原理描述：
22.本发明提出复相陶瓷增强银基复合结构设计新思路，利用原位选择性氧化技术、机械合金化工艺以及分段式热压反应烧结技术各自的技术优势，构筑发明了一种呈流梭状定向分布的sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料，具备显著的结构创新性。
23.本发明充分利用sno2/a2sn2o7复相陶瓷中a2sn2o7相与金属ag相之间的晶体结构相似性，实现硬质相sno2/a2sn2o7复相陶瓷与软质相ag之间的镶嵌式反应，达到高强度的界面冶金结合；利用分段式热压反应烧结技术制备出导电导热性能优良的sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料，解决了传统sno2增强银基复合材料存在的相界面结合不良、致密度低、导电导热性能差等问题。
24.本发明提出的sno2/a2sn2o7复相陶瓷中引入的a2sn2o7相具有与银基体相具有相似的晶体结构，均属于面心立方晶系，如此能够保持相似的滑移系，有利于塑性加工成型。而且，相比于传统的sno2/ag界面结构而言，sno2/a2sn2o7复相陶瓷与ag基体之间界面结构可以得到较好的匹配度，有助于改善sno2增强相与银基体相之间的界面润湿特性，提高相界面的结合强度。
25.此外，本发明提出的定向分布结构，起到了电子或声子热能快速传输的作用的有效通道。其原因在于定向分布结构可以减少电子或声子等载流子的散射效应，提高载流子的有效传输能力。
26.因此，综合sno2/a2sn2o7复相陶瓷的配方设计、sno2/a2sn2o7复相陶瓷与ag基体相的
良好界面结构匹配度优化、定向分布结构的制备工艺等技术创新，实现了定向分布的sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料的性能改善，为替代传统ag/sno2材料提供了新材料研究方向。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.1、本发明制得的产品具有相界面结合强度高、结构上呈流梭状定向分布组织等特征，能够作为起到电子或声子热能快速传输的作用的有效通道；
29.2、本发明解决了传统sno2增强银基复合材料存在的相界面结合不良、致密度低、导电导热性能差等问题；
30.3、本发明的制备工艺条件简易，易于批量合成。
附图说明
31.图1为实施例2中制得的sno2/sb2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料sem照片。
具体实施方式
32.下面通过具体实施方式对本发明的实现方式进行描述。
33.以下各实施例中，均以粉状的sn(纯度99.99％)、a(纯度99.99％，a＝bi、sb或y)为原料，其中sn粉的平均晶粒度50～150nm，bi粉、sb粉或y粉的平均晶粒度为70～200nm。
34.研磨时，所用的研磨球和球磨罐的材质可选氧化锆或玛瑙。研磨球包括两种尺寸，球:球的质量比＝1:1。按照研磨球与复相陶瓷粉体的质量比5～10:1称取研磨球，按照无水乙醇与复相陶瓷粉体的质量比2:1称取无水乙醇作为过程控制剂。
35.实施例1：
36.(1)sno2/bi2sn2o7复相陶瓷的合成
37.基于内氧化热力学参数计算分析，按照sn:bi摩尔比＝3:2，在真空手套箱内称取相应的sn粉、bi粉体，导入氧化铝坩埚反应槽中并置入真空管式炉中。然后，在高纯氩气气氛保护(ar气压强为0.3mpa)、内氧化温度(800℃)、内氧化时间(45h)、氧化升温速率2℃/min的条件下进行原位内氧化反应，反应结束后制备出相应的sno2/bi2sn2o7复相陶瓷粉体。
38.(2)sno2/bi2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体的制备。
39.按质量比88:12称取化学银粉与sno2/a2sn2o7复相陶瓷粉体，将银粉、sno2/bi2sn2o7复相陶瓷、研磨球和酒精依次放入球磨罐中，研磨球与复相陶瓷粉体的质量比5:1。在球磨转速200rpm条件下进行研磨25h，制备出sno2/bi2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体。
40.(3)sno2/bi2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料的制备
41.将sno2/bi2sn2o7复相陶瓷银基复合粉体导入直径ф12mm模具中，进行二次热压处理；其中，初次热压压力30mpa，初次热压温度为830℃；二次热压压力60mpa，二次热压温度为700℃，热压反应烧结结束后以空冷的方式处理，最终得到sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料。
42.按照阿基米德原理和国标gb/t5586.2998的规定，对最后制得的复合电接触材料进行致密度、导电导热、界面润湿性等测试。
43.实施例2：
44.(1)sno2/sb2sn2o7复相陶瓷的合成
45.基于内氧化热力学参数计算分析，按照sn:sb摩尔比＝3:2，在真空手套箱内称取相应的sn粉、sb粉体，导入氧化铝坩埚反应槽中并置入真空管式炉中。然后，在高纯氩气气氛保护(ar气压强为0.7mpa)、内氧化温度(950℃)、内氧化时间(12h)、氧化升温速率5℃/min等条件下进行原位内氧化反应，反应结束后制备出相应的sno2/sb2sn2o7复相陶瓷粉体。
46.(2)sno2/sb2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体的制备。
47.按质量比88:12称取化学银粉与sno2/a2sn2o7复相陶瓷粉体，将银粉、sno2/sb2sn2o7复相陶瓷、研磨球和酒精依次放入球磨罐中，研磨球与复相陶瓷粉体的质量比10:1。在球磨转速300rpm条件下进行研磨10h，制备出sno2/sb2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体。
48.(3)sno2/sb2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料的制备
49.将sno2/sb2sn2o7复相陶瓷银基复合粉体导入直径ф12mm模具中，进行二次热压处理；其中，初次热压压力50mpa，初次热压温度为920℃；二次热压压力80mpa，二次热压温度为850℃，热压反应烧结结束后以空冷的方式处理，最终得到sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料。
50.按照阿基米德原理和国标gb/t5586.2998的规定，对最后制得的复合电接触材料进行致密度、导电导热、界面润湿性等测试。
51.图1为本实施例制得的sno2/sb2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料sem照片。从图中可以看出，sno2/sb2sn2o7复相陶瓷(sem照片中深灰色部分)呈流梭状定向分布，在流梭状的sno2/sb2sn2o7复相陶瓷之间分布着银基体相(sem照片中浅灰色部分)。由此构筑的流梭状定向分布结构有助于电子或声子的有效传输，提升了银基复合材料的导电导热特性。
52.实施例3：
53.(1)sno2/y2sn2o7复相陶瓷的合成
54.基于内氧化热力学参数计算分析，按照sn:y摩尔比＝3:2，在真空手套箱内称取相应的sn粉、y粉体，导入氧化铝坩埚反应槽中并置入真空管式炉中。然后，在高纯氩气气氛保护(ar气压强为0.5mpa)、内氧化温度(860℃)、内氧化时间(32h)、氧化升温速率3℃/min等条件下进行原位内氧化反应，反应结束后制备出相应的sno2/y2sn2o7复相陶瓷粉体。
55.(2)sno2/y2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体的制备。
56.按质量比88:12称取化学银粉与sno2/a2sn2o7复相陶瓷粉体，将银粉、sno2/y2sn2o7复相陶瓷、研磨球和酒精依次放入球磨罐中，研磨球与复相陶瓷粉体的质量比7:1。在球磨转速250rpm条件下进行研磨22h，制备出sno2/y2sn2o7复相陶瓷增强银基复合粉体。
57.(3)sno2/y2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料的制备
58.将sno2/y2sn2o7复相陶瓷银基复合粉体导入直径ф12mm模具中，进行二次热压处理；其中，初次热压压力42mpa，初次热压温度为850℃；二次热压压力75mpa，二次热压温度为780℃，热压反应烧结结束后以空冷的方式处理，最终得到sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料。
59.按照阿基米德原理和国标gb/t5586.2998的规定，对最后制得的复合电接触材料进行致密度、导电导热、界面润湿性等性能测试。
60.对比例及测试结果的分析：
61.本发明通过sno2/a2sn2o7复相陶瓷中a位原子的调控，通过原位选择性氧化合成了sno2/a2sn2o7(a＝bi、sb或y)复相陶瓷材料，利用机械合金化法结合分段热压反应烧结技术
构筑出呈流梭状定向分布的sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料。作为对照，以现有的ag/sno
2-la2o3、ag/sno
2-tio2、ag/sno
2-bi2o3作为空白对照组，具体测试方法同各实施例相同。
62.各实施例中sno2/a2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料及空白对照组的物理性能，如表1所示。
63.表1
[0064][0065]
经对比性能分析可知(见表1)，实施例1-3相比于空白对照组在致密度、电阻率、界面润湿性等方面均具有明显的性能优势。相比于空白对照组sno
2-la2o3、sno
2-tio2、sno
2-bi2o3而言，实施例1-3在致密度上相对较高，平均高出1-3个百分点；在电阻率上呈明显下降趋势，尤其sno2/sb2sn2o7复相陶瓷银基复合材料电阻率下降至2.07μω
·
cm(行业内电阻率基本上处于2.2μω
·
cm)，这一优异性能与其良好的界面润湿性、流梭状定向分布结构存在一定关联性。而且在热导率上实施例1-3测得的数据与空白对照组相比亦有一定的性能优势，这与本发明构筑的流梭状定向分布结构存在一定关联性，起到了电子或声子热能快速传输的有效通道。
[0066]
尤其实施例2中sno2/sb2sn2o7复相陶瓷增强银基复合材料表现最佳，能替代传统的agsno2电接触材料。由此可以判定，本发明的新型复合材料在5g通讯、新能源等领域具有广阔的应用前景。