專利名稱：用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料的方法，屬電觸頭材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銀/石墨電觸頭材料具有良好的抗熔焊性和導(dǎo)電性、低接觸電阻和優(yōu)異的低溫升特性，廣泛應(yīng)用于各種保護(hù)電器上，如斷路器、保護(hù)電動(dòng)機(jī)開關(guān)、漏電保護(hù)器和汽車電器等弱電系統(tǒng)。在銀/石墨電觸頭材料中，作為基體的銀提供了良好的電導(dǎo)率和不形成穩(wěn)定的氧化物，致使該材料在使用過程中接觸電阻不會(huì)急劇變大。優(yōu)異的銀/石墨電觸頭材料要求其組分具有低的電阻率和高的硬度。銀與石墨不互熔，背景技術(shù)采用粉末冶金法制備銀/石墨電觸頭材料。雖然粉末冶金工藝簡單易行、流程少、對(duì)設(shè)備要求低、材料收得率高、生產(chǎn)成本低，但石墨在材料內(nèi)分布不均勻、致密性差、硬度低。德國Degussa公司開發(fā)了制備銀/石墨電觸頭材料的擠壓工藝，制得了密度高，延伸性好的銀/石墨電觸頭材料，但有生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料的方法。該法工藝簡單、易于操作、對(duì)設(shè)備要求低和生產(chǎn)成本低；用該法制備的產(chǎn)品質(zhì)量好石墨在材料中分布均勻、電阻率低、密度高、硬度高。
本發(fā)明通過采用下列技術(shù)方案使上述技術(shù)問題得到解決一種用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料的方法，其特征在于，操作步驟第一步 制備納米石墨粉取市購粗石墨粉，在行星式高能球磨機(jī)中采用鋼質(zhì)磨球和球罐，以轉(zhuǎn)速為100～250rpm、球粉比為10∶1～30∶1球磨10～40小時(shí)，從球罐中取出，在干燥器中80℃烘干，得一維方向?yàn)榧{米尺度的納米石墨粉；第二步 稱取納米石墨粉稱取2.5～2.7g納米石墨粉，倒入反應(yīng)器皿中；第三步 加入硝酸銀溶液將用氨水絡(luò)合至PH值為10～11、濃度為0.5～5摩爾/升的硝酸銀溶液80～920ml緩緩加入反應(yīng)器皿，伴以攪拌；第四步 化學(xué)包覆將30～40ml水合肼與50～70ml去離子水配置成水合肼溶液，邊攪拌邊將該溶液以液相噴霧方式加到反應(yīng)器皿，析出銀包覆在作為結(jié)晶核的納米石墨粉的顆粒的表面，形成銀/石墨納米包覆粉；第五步 水洗干燥水洗上步獲得的包覆粉至中性，再移至干燥器中于100～200℃下干燥，得干燥的銀/石墨納米包覆粉46.3～50.6g；第六步 燒結(jié)成型將上步得到的干燥的包覆粉在20T壓力下初壓成型，再在H2氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中經(jīng)600～700℃燒結(jié)，最后在53T壓力下復(fù)壓成型，制得2×10×50mm標(biāo)樣；第七步 成品及其機(jī)械物理性能上步獲得的標(biāo)樣材料即為成品，銀/石墨電觸頭材料，其機(jī)械物理性能石墨重量百分含量5～5.4％，電導(dǎo)率36.2～39.2m/Ωmm2，密度8.68～8.81g/cm3，硬度(Hv)60.2～66.4，致密性99.2～99.9％。
與上述制備方法有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)式
析出銀依附在作為結(jié)晶核的納米石墨粉的顆粒的表面，形成銀/石墨納米包覆粉，燒結(jié)成型就得成品銀/石墨電觸頭材料。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列突出優(yōu)點(diǎn)；X衍射(XRD)分析表明機(jī)械球磨10小時(shí)后石墨顆粒在一維方向尺寸減小到20nm左右，即包覆過程中結(jié)晶核多，使銀/石墨包覆粉體粒度及其基體銀晶粒尺寸大大細(xì)化，確保該包覆粉具有良好的燒結(jié)性能。
第四步的化學(xué)包覆工藝明顯提高銀與納米石墨粉之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，很好地彌補(bǔ)了銀與石墨兩相之間浸潤不良的不足，有助于提高產(chǎn)品的綜合性能。在第四步化學(xué)包覆工藝中，采用水合肼液相噴霧法，大大增大了水合肼與硝酸銀溶液的單位時(shí)間反應(yīng)面積，有助于進(jìn)一步細(xì)化銀/石墨納米包覆粉體粒徑及其基體銀晶粒的粒徑，還使該包覆粉呈現(xiàn)一種絮凝狀形貌，使得其內(nèi)部孔隙細(xì)小且分布均勻，極大地改善了該包覆粉的燒結(jié)致密性能。XRD分析表明，本發(fā)明所涉方法制得的銀/石墨納米包覆粉的基體銀晶粒平均尺寸為20-50nm。本發(fā)明所涉方法制備的銀/石墨電觸頭材料與國內(nèi)外同類材料的性能對(duì)比示于表1。
綜上，本發(fā)明有工藝簡單、易于操作、對(duì)設(shè)備要求低、生產(chǎn)成本低和產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量好指電導(dǎo)率高、密度高和硬度高。


圖1是石墨粉經(jīng)10小時(shí)球磨粉碎后的透射電鏡照片。圖2是銀/石墨納米包覆粉的X射線衍射圖譜。表1是本發(fā)明所涉方法制備的銀/石墨電觸頭材料與背景技術(shù)制備的同類材料的性能比較。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.利用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料取市購粗石墨粉在行星式高能球磨機(jī)中采用鋼質(zhì)磨球和球罐以轉(zhuǎn)速100rpm、球粉比10∶1、球磨40小時(shí)，從球罐中取出，在干燥器中80℃烘干，得到干燥的納米石墨粉。然后將2.5g納米石墨粉加入反應(yīng)器皿中，將用氨水絡(luò)合至PH值為10、濃度為0.5摩爾/升的920ml硝酸銀溶液緩緩加入到反應(yīng)器皿中，同時(shí)伴以攪拌，將30ml水合肼與50ml去離子水配置成水合肼溶液，通過液相噴霧方式加入到反應(yīng)器皿中，獲得銀/石墨納米包覆粉。水洗所述包覆粉至中性后在干燥器中于160℃干燥，得到干燥的銀/石墨納米包覆粉50g。將所得干燥包覆粉在20T壓力下初壓成型，然后在H2氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中經(jīng)600℃燒結(jié)，最后在53T壓力下復(fù)壓成型，制成2×10×50mm的標(biāo)樣。成品的機(jī)械物理性能如下石墨重量百分含量5.0％，電導(dǎo)率38.0m/Ωmm2，密度8.81g/cm3，硬度(Hv)66.4，致密性99.3％。
實(shí)施例2.利用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料取市購粗石墨粉在行星式高能球磨機(jī)中采用鋼質(zhì)磨球和球罐以轉(zhuǎn)速200rpm、球粉比25∶1，球磨20小時(shí)，從球罐中取出，在干燥器中80℃烘干，得到干燥的納米石墨粉。然后將2.5g納米石墨粉加入反應(yīng)器皿中，將用氨水絡(luò)合至PH值為10、濃度為1摩爾/升的460ml硝酸銀溶液緩緩加入到反應(yīng)器皿中，同時(shí)伴以攪拌，將35ml水合肼與60ml去離子水配置成水合肼溶液，通過液相噴霧加入到反應(yīng)器皿中，獲得銀/石墨納米包覆粉。水洗所述包覆粉至中性后在干燥器中于120℃干燥，得到干燥的銀/石墨納米包覆粉46.3g。將所得干燥包覆粉在20T壓力下初壓成型，然后在H2氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中經(jīng)650℃燒結(jié)，最后53T壓力下復(fù)壓成型，制成2×10×50mm的標(biāo)樣。成品的機(jī)械物理性能如下石墨重量百分含量5.4％，電導(dǎo)率36.2m/Ωmm2，密度8.68g/cm3，硬度(Hv)60.2，致密性99.2％。
實(shí)施例3.利用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料取市購粗石墨粉在行星式高能球磨機(jī)中采用鋼質(zhì)磨球和球罐以轉(zhuǎn)速250rpm、球粉比30∶1，球磨10小時(shí)，從球罐中取出，在干燥器中80℃烘干，得到干燥的納米石墨粉。然后將2.7g納米石墨粉加入反應(yīng)器皿中，將用氨水絡(luò)合至PH值為11、濃度為5摩爾/升的80ml硝酸銀溶液緩緩加入到反應(yīng)器皿中，同時(shí)伴以攪拌，將40ml水合肼與70ml去離子水配置成水合肼溶液，通過液相噴霧加入到反應(yīng)器皿中，獲得銀/石墨納米包覆粉。水洗所述包覆粉至中性后在干燥器中于180℃干燥，得到干燥的銀/石墨納米包覆粉50.6g。將所得干燥包覆粉在20T壓力下初壓成型，然后在H2氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中經(jīng)700℃燒結(jié)，最后53T壓力下復(fù)壓成型。制成2×10×50mm的標(biāo)樣。成品的機(jī)械物理性能如下石墨重量百分含量5.34％，電導(dǎo)率39.2m/Ωmm2，密度8.81g/cm3，硬度(Hv)63.6，致密性99.9％。
權(quán)利要求
1.用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料的方法，其特征在于，操作步驟第一步 制備納米石墨粉取市購粗石墨粉，在行星式高能球磨機(jī)中采用鋼質(zhì)磨球和球罐，以轉(zhuǎn)速為100～250rpm、球粉比為10∶1～30∶1球磨10～40小時(shí)，從球罐中取出，在干燥器中80℃烘干，得一維方向?yàn)榧{米尺度的納米石墨粉；第二步 稱取納米石墨粉稱取2.5～2.7g納米石墨粉，倒入反應(yīng)器皿中；第三步 加入硝酸銀溶液將用氨水絡(luò)合至PH值為10～11、濃度為0.5～5摩爾/升的硝酸銀溶液80～920ml緩緩加入反應(yīng)器皿，伴以攪拌；第四步 化學(xué)包覆將30～40ml水合肼與50～70ml去離子水配置成水合肼溶液，邊攪拌邊將該溶液以液相噴霧方式加到反應(yīng)器皿，析出銀包覆在作為結(jié)晶核的納米石墨粉的顆粒的表面，形成銀/石墨納米包覆粉；第五步 水洗干燥水洗上步獲得的包覆粉至中性，再移至干燥器中于100～200℃下干燥，得干燥的銀/石墨納米包覆粉46.3～50.6g；第六步 燒結(jié)成型將上步得到的干燥的包覆粉在20T壓力下初壓成型，再在H2氣氛保護(hù)的燒結(jié)爐中經(jīng)600～700℃燒結(jié)，最后在53T壓力下復(fù)壓成型，制得2×10×50mm標(biāo)樣；第七步 成品及其機(jī)械物理性能上步獲得的標(biāo)樣材料即為成品，銀/石墨電觸頭材料，其機(jī)械物理性能石墨重量百分含量5～5.4％，電導(dǎo)率36.2～39.2m/Ωmm2，密度8.68～8.81g/cm3，硬度(Hv)60.2～66.4，致密性99.2～99.9％。
全文摘要
一種用納米技術(shù)制備銀/石墨電觸頭材料的方法，屬電觸頭材料制造技術(shù)領(lǐng)域，操作步驟包括第一步制備納米石墨粉；第二步稱取納米石墨粉；第三步加入硝酸銀溶液；第四步化學(xué)包覆；第五步水洗干燥；第六步燒結(jié)成型；和第七步成品及其機(jī)械物理性能，有工藝簡單、易于操作、對(duì)設(shè)備要求低、生產(chǎn)成本低和產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，適于用來制備優(yōu)質(zhì)的銀/石墨電觸頭材料。
文檔編號(hào)C22C5/06GK1396025SQ0211235
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月2日
發(fā)明者馬學(xué)鳴, 陸堯, 沈小宇 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)