基于石墨烯增強(qiáng)泡沫銅的銅基觸點材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電觸頭材料領(lǐng)域，具體是指一種基于石墨烯增強(qiáng)泡沫銅的銅基觸點材料。
【背景技術(shù)】
[0002]觸頭材料是各種開關(guān)、繼電器、接觸器等電器的關(guān)鍵材料，起著接通、分?jǐn)嗪蛡鬏旊娏鞯淖饔?。目前國?nèi)外大量使用的觸頭材料為銀基材料，其成本高。雖然有部分銅基觸頭材料，但其抗氧化性能差和電壽命短。主要原因是銅裸露在接觸表面，從而導(dǎo)致低溫抗氧化性較差，電弧作用下，燃弧較為嚴(yán)重。
[0003]通過檢索，以下專利設(shè)計到銅基觸點材料
1、CN1224768A銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，主要是采用增強(qiáng)材料(金剛石等)和添加物(Zn、Sn等)來改善銅基觸點材料電性能。
[0004]2、CN1767105A低壓電器用清潔環(huán)保型銅基觸頭材料及其觸點制備方法主要是采用增加材料(稀土氧化物)和添加物(稀土金屬元素)來改善銅基觸點材料電性能。
[0005]3、CN101335102A電接觸元件用的銅基材料主要采用銅基體添加第五、六副族元素和稀土元素方法改善電性能。
[0006]4、CN102324335A —種復(fù)合電觸頭材料的制備方法公開了一種銅基觸點材料，主要特點是碳納米管包覆銅。
[0007]5、CN102218540A石墨烯與金屬納米復(fù)合無粉末及其制造方法。
[0008]以上發(fā)明中，前3項比對專利均采用增強(qiáng)材料和添加物方法對銅基觸點材料進(jìn)行改進(jìn)，但是對銅基體未有改善，從而使該類材料在使用過程中，銅很容易裸露在空氣和電弧中而氧化，影響接觸電阻。比對專利4提出了碳納米管包覆銅的觸點材料，但是該材料存在制備工藝復(fù)雜、采用銅片為原料帶來的銅顆粒粗大(碳納米管無法到達(dá)完全保護(hù)的作用)、材料內(nèi)部含有部分銀無法實現(xiàn)完全無銀化等問題，很難在工業(yè)上得到應(yīng)用。比對專利5提出了石墨烯與金屬粉體復(fù)合的材料，但是石墨烯是采用的微片型，并未實現(xiàn)石墨烯包覆在金屬顆粒表面，從而無法達(dá)到金屬顆粒100%的包覆。
[0009]同樣與常規(guī)混粉方法添加石墨和碳納米管制備的帶石墨烯和碳納米管的銅基觸點材料相比，該類方法制備的材料無法保證每一顆增強(qiáng)材料和基體材料之間有石墨烯或者碳納米管分布，這樣就存在質(zhì)量性能的不穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，而提供一種能解決銅基觸點材料抗氧化性差、燃弧較大問題并使得增強(qiáng)材料與基體材料之間分布均衡的一種基于石墨烯增強(qiáng)泡沫銅的銅基觸點材料。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的機(jī)理和方案是以石墨烯增強(qiáng)泡沫銅為坯料經(jīng)反復(fù)壓制或軋制，使其密度到達(dá)理論密度的99%以上，制備成銅基觸點材料，該石墨烯增強(qiáng)泡沫銅包括有泡沫銅和石墨稀。
[0012]所述的泡沫銅包括以下組分:0.01-10wt%氧化物粉、0.01-2wt%碳化物粉、余量的銅粉或銅合金粉，該泡沫銅內(nèi)設(shè)置有相互聯(lián)通的泡沫狀分布孔隙，其孔隙率50%_90%，所述的氧化物粉為Sn02、CuO, ZnO、Fe2O3、稀土的一種或者幾種組合，所述的碳化物為碳化鎢、碳化釩、碳化硼中的一種或幾種組合；
所述的石墨烯均勻覆蓋分布在泡沫銅內(nèi)部聯(lián)通的孔隙內(nèi)表面壁上以及泡沫銅的外表面上，石墨烯的覆蓋厚度在10納米范圍以內(nèi)。
[0013]進(jìn)一步設(shè)置是所述的銅合金粉中銅含量在95%以上，該銅合金粉為CuAl、CuZn,CuN1、CuB、CuTe、CuRE的一種；或者該銅合金為Cu與Al、Zn、N1、B、Te、RE中至少兩組元素組合。
[0014]進(jìn)一步設(shè)置是所述的石石墨烯增強(qiáng)泡沫銅是通過以下工藝獲得:以化學(xué)氣相沉積或者濕法液相還原氧化石墨工藝在泡沫銅內(nèi)部聯(lián)通孔隙的內(nèi)表面壁和泡沫銅外表面上生長石墨烯層。
[0015]本發(fā)明的銅基觸點材料利用了石墨烯均勻分布在泡沫銅內(nèi)部聯(lián)通的孔隙內(nèi)表面壁上及泡沫銅表面，使銅或者銅合金不裸露在外側(cè)，阻礙了銅的氧化，解決了常規(guī)銅基觸點材料無法解決了低溫抗氧化性能。由于石墨烯的高比表面積，電弧作用下，石墨烯包覆的增強(qiáng)材料(氧化物、碳化物)在金屬熔池內(nèi)不發(fā)生沉淀或者漂浮而聚集，觸點材料燒蝕層成分穩(wěn)定，保證了服役過程中接觸電阻的穩(wěn)定性；由于石墨烯具有的碳元素特有的抗熔焊能力，提高了銅基材料的抗熔焊性能。石墨烯的高導(dǎo)電性能，也保證銅基觸點材料的體電阻率較低。
[0016]本發(fā)明觸點材料相對與常規(guī)銅基觸點有更加優(yōu)良的抗氧化能力和抗燒損能力，可以應(yīng)用在低壓斷路器、接觸器和繼電器中。
[0017]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0019]實施例1
CuTeWCSn02/GRN各個材料質(zhì)量百分比為:泡沫銅合金成分:WC:1、SnO2:1、其余余量為CuTe，其中CuTe合金中Cu含量為99.5%,余量為Te。石墨烯厚度在10納米內(nèi)，石墨包覆泡沫銅表面的70-90%。制備工藝為=CuTe粉、WC粉、31102粉和造孔劑均勻化混粉，壓制燒結(jié)造孔，孔隙率在50-90%，制備成泡沫銅塊體，其中泡沫銅內(nèi)的有機(jī)造孔劑必須在燒結(jié)過程中全部脫除。該塊體在管式電阻爐內(nèi)化學(xué)氣相沉積石墨烯，碳源為甲烷，氣相沉積的石墨烯層厚度控制在10納米范圍內(nèi)。制成的孔隙壁帶有石墨烯的泡沫銅后續(xù)經(jīng)反復(fù)軋制和壓制，制備成相對密度在99%以上的致密體的銅合金觸點材料。該成分制備的銅基觸點密度為8.62g/cm3、電阻率為2.28 μ Ω.cm,硬度為HVl 12。
[0020]實施例2
CuB4CSn02/GRN各個材料質(zhì)量百分比為:泡沫銅合金成分:B4C:0.5、SnO2=0.3、其余為不超過10納米厚的石墨烯包覆的Cu，石墨包覆泡沫銅表面的80-95%。制備工藝為:Cu粉、B4C粉、Sn02粉和造孔劑均勻化混粉，后續(xù)進(jìn)行燒結(jié)造孔，制備成孔隙率在80-95%的球型泡沫銅，該泡沫銅加入高分散的氧化石墨分散液內(nèi)，在水合肼還原下，使石墨烯均勻穩(wěn)定生產(chǎn)在泡沫銅內(nèi)部聯(lián)通的孔隙壁上，石墨烯層厚度控制在10納米，泡沫銅大顆粒經(jīng)進(jìn)一步壓制、軋制、復(fù)壓，制備成相對密度99%以上的銅合金觸點材料。該成分制備的銅基觸點密度為 8.67g/cm3、電阻率為 2.19 μ Ω.cm,硬度為 HV107本發(fā)明不限于以上實施例。
【主權(quán)項】
1.一種基于石墨烯增強(qiáng)泡沫銅的銅基觸點材料，其特征在于:以石墨烯增強(qiáng)泡沫銅為坯料經(jīng)反復(fù)壓制或軋制，使其密度到達(dá)理論密度的99%以上，制備成銅基觸點材料，該石墨烯增強(qiáng)泡沫銅包括有泡沫銅和石墨烯， 所述的泡沫銅包括以下組分:0.01-10wt%氧化物粉、0.01-2wt%碳化物粉、余量的銅粉或銅合金粉，該泡沫銅內(nèi)設(shè)置有相互聯(lián)通的泡沫狀分布孔隙，其孔隙率50%-90%，所述的氧化物粉為SnO2、CuO、ZnO、Fe203、稀土的一種或者幾種組合，所述的碳化物為碳化鶴、碳化鑰；、碳化硼中的一種或幾種組合； 所述的石墨烯均勻覆蓋分布在泡沫銅內(nèi)部聯(lián)通的孔隙內(nèi)表面壁上以及泡沫銅的外表面上，石墨烯的覆蓋厚度在10納米范圍以內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯增強(qiáng)泡沫銅的銅基觸點材料，其特征在于:所述的銅合金粉中銅含量在95%以上，該銅合金粉為CuAl、CuZn、CuN1、CuB、CuTe、CuRE的一種；或者該銅合金為Cu與Al、Zn、N1、B、Te、RE中至少兩組元素組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯增強(qiáng)泡沫銅的銅基觸點材料，其特征在于:所述的石石墨烯增強(qiáng)泡沫銅是通過以下工藝獲得:以化學(xué)氣相沉積或者濕法液相還原氧化石墨工藝在泡沫銅內(nèi)部聯(lián)通孔隙的內(nèi)表面壁和泡沫銅外表面上生長石墨烯層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于石墨烯增強(qiáng)泡沫銅的銅基觸點材料，其材料主要組成為：銅合金和石墨烯，銅合金包括氧化物：0.01-10wt%，碳化物：0.01-2wt%，余量銅或者銅合金；石墨烯均勻分布在由銅合金制備成的前驅(qū)泡沫銅的內(nèi)部聯(lián)通的孔隙內(nèi)表面壁上以及泡沫銅的外表面上，厚度在10納米范圍內(nèi)。該泡沫銅經(jīng)后續(xù)致密化加工，制備成無銀觸點材料。該銅基觸點材料具有接觸電阻低而穩(wěn)定、抗電弧燒損能力好、抗熔焊性能優(yōu)良的特點，可以替代現(xiàn)有的銀基觸點材料應(yīng)用在低壓斷路器、接觸器和繼電器。
【IPC分類】C23C16-26, H01H1-025, C22C32-00, C01B31-04, C22C9-00
【公開號】CN104538214
【申請?zhí)枴緾N201410754620
【發(fā)明人】劉立強(qiáng), 翁桅, 林萬煥
【申請人】福達(dá)合金材料股份有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月11日