專利名稱：：銀石墨電觸頭材料及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及銀基電觸頭材料
技術領域：
，具體為一種銀石墨電觸頭材料及其制備方法。(二)
背景技術：
：在低壓電器電觸頭材料中，銀石墨電觸頭材料被廣泛應用在各類電力線路保護和電機保護用的斷路器上。因為該種材料有良好的抗熔焊性和導電性、低而穩(wěn)定的接觸電阻。銀石墨電觸頭材料基體為銀，石墨彌散分布在銀基體中，有良好的導電性。在電弧燒蝕下，石墨氧化成二氧化碳和一氧化碳，使觸頭接觸面形成大量空洞，降低了觸頭間的熔焊力，因此銀石墨電觸頭材具有極好的抗熔焊性。但由于石墨有穩(wěn)定電弧的傾向，被氧化后石墨量急劇減少，因而銀石墨材料在電弧侵蝕下消耗較大，電壽命較短，因此抗電磨損性能差是銀石墨材料的最大缺陷。隨著電器技術的發(fā)展，大容量和長壽命是電器的主要發(fā)展方向。為了滿足電器發(fā)展的要求，需研究開發(fā)一種耐電磨損的銀石墨電觸頭材料及其制備方法，以得到具有接觸電阻低而穩(wěn)定、抗熔焊性強等特點的電觸頭材料，同時該材料制作的銀石墨電觸頭還具有硬度較高、耐電磨損性能強等優(yōu)點。(三)
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于公開一種銀石墨電觸頭材料，該材料在保證具備普通銀石墨觸頭抗熔焊性強、導電性良好、接觸電阻低而穩(wěn)定的優(yōu)點的同時，耐電磨損性能顯著提高。本發(fā)明的另一目的在于公開上述銀石墨電觸頭材料的制備方法。本發(fā)明的銀石墨電觸頭材料主要成份為石墨18wt%、三元層狀金屬陶瓷0.52wt^，鑭和/或鈰O.1lwt^、不可避免的雜質《0.1%，余量為銀。所述三元層狀金屬陶瓷為微觀納米級晶體結構為層片狀，具有自潤滑、導電和導熱特性，具體為鈦鋁碳陶瓷和/或鈦硅碳陶瓷，其中鈦鋁碳陶瓷包括Ti3AlC2和/或Ti2AlC，鈦硅碳陶瓷為Ti^iC2。本發(fā)明的銀石墨電觸頭材料的制備方法如下A、將銀熔化，加入為銀的重量0.22%的鑭和/或鈰，共同熔煉成銀_稀土合金，在高壓水霧化設備上銀_稀土合金熔液霧化成粒度小于40iim的銀-稀土合金粉末。B、取平均粒度為2080iim的三元層狀金屬陶瓷粉末和平均粒度為2080ym石墨粉，按石墨粉和三元層狀金屬陶瓷粉的重量比為0.516:l，將二者充分機械混合，在空氣中30050(TC活化24小時。C、將活化后的石墨、三元層狀金屬陶瓷復合粉、還原劑和去離子水制成顆粒濃度為2.53.5克/升的還原懸浮液；D、將氨水滴加到0.53摩爾/升的硝酸銀溶液中制備pH為9.510.5的銀氨溶液，并將所制備的銀氨溶液在5001000轉/分的速度劇烈攪拌的狀態(tài)下以1005003毫升/分的速度均速緩慢加入C步驟所得到的還原懸浮液中，滴加完畢后，繼續(xù)以100500轉/分的速度攪拌13小時，使銀完全被還原并鍍覆在復合粉體表面，然后過濾并將沉淀充分洗滌，100°C12(TC干燥35小時即得鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉。E、將A步驟得到的銀_稀土合金粉末和D步驟得到的鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉按重量比1:l充分混合，然后燒結或者擠壓得到銀石墨電觸頭材料。本銀石墨電觸頭材料經軋制等銀基觸頭材料常規(guī)制造工藝，即可制成電觸頭元件。上述C步驟中還原劑的摩爾值大于D步驟中硝酸銀的摩爾值。較佳方案為還原劑與硝酸銀的摩爾比為(510):1。所述B步驟的三元層狀金屬陶瓷粉末為鈦鋁碳陶瓷粉末和/或鈦硅碳陶瓷粉末，鈦鋁碳陶瓷為Ti3AlC2和/或Ti^lC，鈦硅碳陶瓷為Ti3SiC2。上述C步驟的還原劑為水合肼或乙二醛。上述C、D步驟中石墨和三元層狀金屬陶瓷復合粉的重量與硝酸銀中銀的重量的總和中石墨和三元層狀金屬陶瓷復合粉的重量占617%。本發(fā)明銀石墨電觸頭材料及其制備方法具有如下優(yōu)點加入了具有較好的導電、耐高溫、抗氧化和優(yōu)異的自潤滑能力的三元層狀金屬陶瓷使本觸頭材料所制得的銀基觸頭兼具高導電率、高的硬度、高的耐電磨損能力；同時還加入了稀土元素鈰和/或鑭，細化了材料中的基體銀的晶粒，提高觸頭的致密性、耐電弧侵蝕性；此外本制備方法中化學鍍銀的三元層狀金屬陶瓷粉和石墨粉，與銀基體的結合力提高，從而使本觸頭材料的耐電磨損能力改進。具體實施方式實施例1A、將銀4990克，鈰10克在中頻爐中熔化成熔融狀態(tài)的銀-鈰合金。熔煉溫度105(TC，金屬熔融后，在此溫度保溫10分鐘。熔融狀態(tài)的銀_鈰合金在50MPa的水壓下霧化成粒度小于40iim的粉末。B、取平均粒度為60iim的石墨粉100克，平均粒度為60ym的鈦鋁碳(Ti3AlC2)粉末200克，二者重量比0.5:1，將其充分混合，在空氣中30(TC活化2小時，得到石墨、三元層狀金屬陶瓷復合粉。C、將B步驟得到的復合粉300克、21.79升濃度為10摩爾/升的水合肼溶液，再加去離子水制成100升還原懸浮液；D、將濃度10wt%的氨水滴加到87.15升濃度為0.5摩爾/升的硝酸銀溶液中絡合，制備PH值為10的銀氨溶液；該溶液中硝酸銀中的銀重4700克，C步驟中還原懸浮液中的復合粉重為300克，二者總重為5000克，其中復合粉占6%。然后將所得銀氨溶液在500轉/分速度劇烈攪拌的狀態(tài)下以100毫升/分的速度勻速加入C步驟所得到的還原懸浮液中，滴加完畢后，繼續(xù)在100轉/分速度下攪拌2小時使銀完全被還原并鍍覆在復合粉體表面，然后過濾并將沉淀充分洗滌，ll(TC干燥4小時即得鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉。E、將A步驟得到的銀_稀土合金粉末4000克和D步驟得到的鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉4000克，用混料器混合6小時，經過250MPa等靜壓成型、90(TC燒結得到銀石墨電觸頭材料。本銀石墨電觸頭材料在80(TC，200MPa壓力下熱擠壓成型材、最后根據(jù)需要的尺寸軋制、沖壓制成電觸頭元件。本例銀石墨電觸頭材料的具體成份重量百分比如下稀土金屬鈰O.1%，石墨1%，三元層狀金屬陶瓷鈦鋁碳粉2%，銀96.85%，雜質0.05%。實施例2A、將銀1747克，鑭18克在中頻爐中熔化成熔融狀態(tài)的銀-鑭合金。熔煉溫度1050°C，金屬熔融后，在此溫度保溫10分鐘。熔融狀態(tài)的銀_鑭合金在50MPa的水壓下霧化成粒度小于40iim的粉末。B、取平均粒度為60iim的石墨粉282克，平均粒度為60ym的鈦鋁碳(Ti3AlC2)粉末18克，二者重量比16:1，將其充分混合，在空氣中50(TC活化4小時，得到石墨、三元層狀金屬陶瓷復合粉。C、將B步驟得到的復合粉300克、4.53升濃度為30摩爾/升的水合肼溶液，再加去離子水制成100升還原懸浮液；D、將濃度8wt%的氨水滴加到27.16升濃度為0.5摩爾/升的硝酸銀溶液中絡合，制備pH值為9.5的銀氨溶液；該溶液中硝酸銀中的銀重1465克，C步驟中還原懸浮液中的復合粉重為300克，二者共重1765克，其中復合粉占17%。然后將所得銀氨溶液在1000轉/分速度劇烈攪拌的狀態(tài)下以100毫升/分的速度勻速加入C步驟所得到的還原懸浮液中，滴加完畢后，繼續(xù)在500轉/分速度下攪拌3小時使銀完全被還原并鍍覆在復合粉體表面，然后過濾并將沉淀充分洗滌，IO(TC干燥5小時即得鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉。E、將A步驟得到的銀_稀土合金粉末1600克和D步驟得到的鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉1600克，用混料器混合3小時，經過250MPa等靜壓成型、90(TC燒結得到銀石墨電觸頭材料。本銀石墨電觸頭材料在80(TC，200MPa壓力下熱擠壓成型材、最后根據(jù)需要的尺寸軋制、沖壓制成電觸頭元件。本例銀石墨電觸頭材料的具體成份重量百分比如下稀土金屬鑭0.5%，石墨8%，三元層狀金屬陶瓷鈦鋁碳粉0.5%，銀90.9%，雜質0.1%。實施例3A、將銀3675克，鈰35克，鑭40克在中頻爐中熔化成熔融狀態(tài)的銀-鈰鑭合金。熔煉溫度1050°C，金屬熔融后，在此溫度保溫10分鐘。熔融狀態(tài)的銀_鈰鑭合金在50MPa的水壓下霧化成粒度小于40iim的粉末。B、取平均粒度為60iim的石墨粉225克，平均粒度為60ym的鈦硅碳(Ti3SiC2)粉末75克，二者重量比3:1，將其充分混合，在空氣中40(TC活化3小時，得到石墨、三元層狀金屬陶瓷復合粉。C、將B步驟得到的復合粉300克、12.79升濃度為20摩爾/升的乙醛溶液，再加去離子水制成100升還原懸浮液；D、將濃度15wt%的氨水滴加到10.66升濃度為3摩爾/升的硝酸銀溶液中絡合，制備pH值為10的銀氨溶液；該溶液中硝酸銀中的銀重3450克，C步驟中還原懸浮液中的復合粉重為300克，二者共重3750克，其中復合粉占8%。然后將所得銀氨溶液在600轉/分速度劇烈攪拌的狀態(tài)下以300毫升/分的速度勻速加入C步驟所得到的還原懸浮液中，滴加完畢后，繼續(xù)在100轉/分速度下攪拌2小時使銀完全被還原并鍍覆在復合粉體表面，然后過濾并將沉淀充分洗滌，ll(TC干燥4小時即得鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉。E、將A步驟得到的銀_稀土合金粉末3600克和D步驟得到的鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉3600克，用混料器混合5小時，經過250MPa等靜壓成型、90(TC燒結得到銀石墨電觸頭材料。本銀石墨電觸頭材料在80(TC，200MPa壓力下熱擠壓成型材、最后根據(jù)需要的尺寸軋制、沖壓制成電觸頭元件。本例銀石墨電觸頭材料的具體成份重量百分比如下稀土金屬鈰和鑭1%，石墨3%，三元層狀金屬陶瓷鈦硅碳粉1%，銀94.93%，雜質0.07%。實施例4A、將銀3320克，鈰6克，鑭7克在中頻爐中熔化成熔融狀態(tài)的銀-鈰鑭合金。熔煉溫度1050°C，金屬熔融后，在此溫度保溫10分鐘。熔融狀態(tài)的銀_鈰鑭合金在50MPa的水壓下霧化成粒度小于40iim的粉末。B、取平均粒度為60iim的石墨粉267克，平均粒度為60ym的鈦鋁碳Ti3AlC2粉末13克，鈦鋁碳Ti3AlC粉末20克，石墨與三元層狀金屬陶瓷重量比為8:l，將其充分混合，在空氣中30(TC活化2小時，得到石墨、三元層狀金屬陶瓷復合粉。C、將B步驟得到的復合粉300克、19.68升濃度為10摩爾/升的乙醛溶液，再加去離子水制成100升還原懸浮液；D、將濃度20wt%的氨水滴加到28.12升濃度為1摩爾/升的硝酸銀溶液中絡合，制備pH值為10.5的銀氨溶液；該溶液中硝酸銀中的銀重3033克，C步驟中還原懸浮液中的復合粉重為300克，二者共重3333克，其中復合粉占9%。然后將所得銀氨溶液在700轉/分速度劇烈攪拌的狀態(tài)下以500毫升/分的速度勻速加入C步驟所得到的還原懸浮液中，滴加完畢后，繼續(xù)在400轉/分速度下攪拌2小時使銀完全被還原并鍍覆在復合粉體表面，然后過濾并將沉淀充分洗滌，12(TC干燥3小時即得鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉。E、將A步驟得到的銀_稀土合金粉末3200克和D步驟得到的鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉3200克，用混料器混合4小時，經過250MPa等靜壓成型、90(TC燒結得到銀石墨電觸頭材料。本銀石墨電觸頭材料在80(TC，200MPa壓力下熱擠壓成型材、最后根據(jù)需要的尺寸軋制、沖壓制成電觸頭元件。本例銀石墨電觸頭材料的具體成份重量百分比如下稀土金屬鈰和鑭0.2%，石墨4%，三元層狀金屬陶瓷鈦鋁碳粉0.5%，銀95.25%，雜質O.05%。實施例5A、將銀2976克，鈰20克，鑭4克在中頻爐中熔化成熔融狀態(tài)的銀-鈰鑭合金。熔煉溫度1050°C，金屬熔融后，在此溫度保溫10分鐘。熔融狀態(tài)的銀_鈰鑭合金在50MPa的水壓下霧化成粒度小于40iim的粉末。B、取平均粒度為60iim的石墨粉180克，平均粒度為60ym的鈦硅碳Ti3SiC2粉末50克，鈦鋁碳Ti3AlC2粉末30克，鈦鋁碳Ti3AlC粉末40克，石墨與三元層狀金屬陶瓷重量比為1.5:l，將其充分混合，在空氣中30(TC活化2小時，得到石墨、三元層狀金屬陶瓷復合粉。C、將B步驟得到的復合粉300克、15升濃度為10摩爾/升的水合肼溶液，再加去離子水制成100升還原懸浮液；D、將濃度10wt%的氨水滴加到50升濃度為0.5摩爾/升的硝酸銀溶液中絡合，制備pH值為10的銀氨溶液；該溶液中硝酸銀中的銀重2700克，C步驟中還原懸浮液中的復合粉重為300克，二者共重3000克，其中復合粉占為10%。然后將所得銀氨溶液在600轉/分速度劇烈攪拌的狀態(tài)下以200毫升/分的速度勻速加入C步驟所得到的還原懸浮液中，滴加完畢后，繼續(xù)在200轉/分速度下攪拌3小時使銀完全被還原并鍍覆在復合粉體表面，然后過濾并將沉淀充分洗滌，ll(TC干燥4小時即得鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉。E、將A步驟得到的銀_稀土合金粉末2800克和D步驟得到的鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉2800克，用混料器混合4小時，經過250MPa等靜壓成型、90(TC燒結得到銀石墨電觸頭材料。本銀石墨電觸頭材料在80(TC，200MPa壓力下熱擠壓成型材、最后根據(jù)需要的尺寸軋制、沖壓制成電觸頭元件。本例銀石墨電觸頭材料的具體成份重量百分比如下稀土金屬鈰和鑭0.4%，石墨3%，三元層狀金屬陶瓷粉2%，銀94.5%，雜質0.1%。對比例1本對比例的A步驟中，取3000克銀熔融霧化為粒度小于40iim的銀粉；B步驟中取平均粒度為60iim的石墨粉300克，不加三元層狀金屬陶瓷粉末；其它制備步驟與實施例5相同。本對比例銀石墨電觸頭材料的具體成份重量百分比如下石墨5%，銀94.93%，雜質0.07%。對比例2本對比例的B步驟中，取平均粒度為60iim的石墨粉300克，不加三元層狀金屬陶瓷粉末；其它制備步驟與實施例5相同。本對比例銀石墨電觸頭材料的具體成份重量百分比如下稀土金屬鈰和鑭0.4%，石墨5%，銀94.5%，雜質0.1%。以上各例所得電觸頭經檢測，主要性能指標如表1。表1電觸頭性能對照表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表1可明顯看出，本發(fā)明銀石墨電觸頭材料具有良好的致密性、高導電率、高硬度，且耐電磨損能力和抗電弧侵蝕能力顯著提高。上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內。權利要求銀石墨電觸頭材料，其特征在于主要成份為石墨1～8wt％、三元層狀金屬陶瓷0.5～2wt％，鑭和/或鈰0.1～1wt％、不可避免的雜質≤0.1％，余量為銀。2.根據(jù)權利要求1所述的銀石墨電觸頭材料，其特征在于所述三元層狀金屬陶瓷為鈦鋁碳陶瓷和/或鈦硅碳陶瓷，其中鈦鋁碳陶瓷包括Ti^lC2和/或T^A1C，鈦硅碳陶瓷為Ti3SiC2。3.銀石墨電觸頭材料的制備方法，其特征在于步驟如下A、將銀熔化，加入為銀的重量0.22%的鑭和/或鈰，共同熔煉成銀_稀土合金，在高壓水霧化設備上銀_稀土合金熔液霧化成粒度小于40iim的銀-稀土合金粉末；B、取平均粒度為2080iim的三元層狀金屬陶瓷粉末和平均粒度為2080iim石墨粉，按石墨粉和三元層狀金屬陶瓷粉的重量比為0.516:l，將二者充分機械混合，在空氣中30050(TC活化24小時；C、將活化后的石墨、三元層狀金屬陶瓷復合粉、還原劑和去離子水制成顆粒濃度為2.53.5克/升的還原懸浮液；D、將氨水滴加到0.53摩爾/升的硝酸銀溶液中制備pH為9.510.5的銀氨溶液，并將所制備的銀氨溶液在5001000轉/分的速度劇烈攪拌的狀態(tài)下以100500毫升/分的速度均速緩慢加入C步驟所得到的還原懸浮液中，滴加完畢后，繼續(xù)以100500轉/分的速度攪拌13小時，使銀完全被還原并鍍覆在復合粉體表面，然后過濾并將沉淀充分洗滌，10(TC12(TC干燥35小時即得鍍銀的石墨粉與三元層狀金屬陶瓷粉的復合粉；E、將A步驟得到的銀-稀土合金粉末和D步驟得到的鍍銀的石墨粉與金屬陶瓷粉的復合粉按重量比l:l充分混合，然后燒結或者擠壓得到銀石墨電觸頭材料；上述C步驟中還原劑的摩爾值大于D步驟中硝酸銀的摩爾值。4.根據(jù)權利要求3所述的銀石墨電觸頭材料的制備方法，其特征在于所述B步驟的三元層狀金屬陶瓷粉末為鈦鋁碳陶瓷粉末和/或鈦硅碳陶瓷粉末，鈦鋁碳陶瓷為Ti3AlC2和/或Ti^lC，鈦硅碳陶瓷為Ti3SiC2。5.根據(jù)權利要求3所述的銀石墨電觸頭材料的制備方法，其特征在于所述C步驟的還原劑為水合肼或乙二醛。6.根據(jù)權利要求3所述的銀石墨電觸頭材料的制備方法，其特征在于所述C、D步驟中還原劑與硝酸銀的摩爾比為(510):1。7.根據(jù)權利要求3所述的銀石墨電觸頭材料的制備方法，其特征在于所述C、D步驟中石墨和三元層狀金屬陶瓷復合粉的重量與硝酸銀中銀的重量的總和中石墨和三元層狀金屬陶瓷復合粉的重量占617%。全文摘要本發(fā)明為銀石墨電觸頭材料及其制備方法，本電觸頭材料主要成份為石墨1～8wt％、三元層狀金屬陶瓷0.5～2wt％，鑭和/或鈰0.1～1wt％、雜質≤0.1％，余量為銀。本制備方法A銀與鑭和/或鈰熔融水霧化為銀合金粉末。B石墨粉和陶瓷粉混合并活化。C石墨陶瓷復合粉、還原劑和去離子水制成顆粒濃度還原懸浮液；D將氨水滴加入硝酸銀溶液中制備的銀氨溶液，劇烈攪拌中緩加入還原懸浮液，銀被還原鍍覆在復合粉體表面，沉淀干燥得鍍銀的石墨粉與金屬陶瓷粉的復合粉。E等量的銀-稀土合金粉末和鍍銀的石墨金屬陶瓷粉混合燒結得到銀石墨電觸頭材料。本發(fā)明的電觸頭材料具有良好的致密性、高的導電性、高的硬度以及高的耐電磨損能力和抗電弧侵蝕能力。文檔編號H01H1/02GK101763956SQ200910114670公開日2010年6月30日申請日期2009年12月24日優(yōu)先權日2009年12月24日發(fā)明者李恒,范壯軍,蔣德志,譚光訊,魏彤申請人:桂林電器科學研究所