Designing sandwich-structured Ag–SnO2 contact materials: Overcoming the trade-off between erosion resistance and mechanical properties

材料科学 复合材料 微观结构 放电等离子烧结 变形(气象学) 断裂(地质) 接触电阻 静电纺丝 聚合物 图层(电子)
作者
Huiling Nie,Zhe Wang,Xiao-Yang Xue,C.H. Yu,Jun Wang,Kai Wen,Changhu Xu
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:50 (2): 2950-2962 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.11.040
摘要

Designing a second-phase enhancement system for SnO2 microstructures always plays a major role in improving the electrical contact performance of Ag–SnO2 contacts. This study fabricated sandwich-structure Ag–SnO2 contacts to overcome the trade-off between the erosion resistance and mechanical properties of Ag–SnO2 contacts via electrospinning with spark-plasma sintering; subsequently, the influence of SnO2 interlayers on the arc-erosion behaviour and mechanical characteristics of the contacts was investigated. The sandwich structure facilitated a reduction in the hill-and-valley morphology of the contact surface during repetitive erosion; fibrous SnO2 restricted the fluid evaporation of Ag, while SnO2 interlayers dispersed molten bridges, thereby improving the erosion resistance of the system. In parallel, 3D models of the sandwich-structured Ag–SnO2 contacts were reconstructed to investigate the evolution of their mechanical characteristics. Experimental and simulation indicated that the dispersion of stress concentration and reduction in surface deformation induced by the interface effect were the mechanical enhancement mechanisms, while the improvement of impact and wear resistances was attributed to the intensified support provided by the SnO2 interlayers on the matrix surface. Moreover, the synergistic interactions between Ag and SnO2 interlayers mitigated crack initiation and fracture propagation, thereby improving the fracture resistance of the contact matrix. These insights led to a feasible strategy for designing the microstructures of Ag-based contact materials.

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