基于石墨烯增強泡沫銅的銅基觸點材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電觸頭材料領域，具體是指一種基于石墨烯增強泡沫銅的銅基觸點材料。
【背景技術】
[0002]觸頭材料是各種開關、繼電器、接觸器等電器的關鍵材料，起著接通、分斷和傳輸電流的作用。目前國內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，從而導致低溫抗氧化性較差，電弧作用下，燃弧較為嚴重。
[0003]通過檢索，以下專利設計到銅基觸點材料
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合無粉末及其制造方法。
[0008]以上發明中，前3項比對專利均采用增強材料和添加物方法對銅基觸點材料進行改進，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雜、采用銅片為原料帶來的銅顆粒粗大(碳納米管無法到達完全保護的作用)、材料內部含有部分銀無法實現完全無銀化等問題，很難在工業上得到應用。比對專利5提出了石墨烯與金屬粉體復合的材料，但是石墨烯是采用的微片型，并未實現石墨烯包覆在金屬顆粒表面，從而無法達到金屬顆粒100%的包覆。
[0009]同樣與常規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，這樣就存在質量性能的不穩定性。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，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材料與基體材料之間分布均衡的一種基于石墨烯增強泡沫銅的銅基觸點材料。
[0011]為實現上述目的，本發明的機理和方案是以石墨烯增強泡沫銅為坯料經反復壓制或軋制，使其密度到達理論密度的99%以上，制備成銅基觸點材料，該石墨烯增強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，該泡沫銅內設置有相互聯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部聯通的孔隙內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。
[0013]進一步設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]進一步設置是所述的石石墨烯增強泡沫銅是通過以下工藝獲得:以化學氣相沉積或者濕法液相還原氧化石墨工藝在泡沫銅內部聯通孔隙的內表面壁和泡沫銅外表面上生長石墨烯層。
[0015]本發明的銅基觸點材料利用了石墨烯均勻分布在泡沫銅內部聯通的孔隙內表面壁上及泡沫銅表面，使銅或者銅合金不裸露在外側，阻礙了銅的氧化，解決了常規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，石墨烯包覆的增強材料(氧化物、碳化物)在金屬熔池內不發生沉淀或者漂浮而聚集，觸點材料燒蝕層成分穩定，保證了服役過程中接觸電阻的穩定性；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。石墨烯的高導電性能，也保證銅基觸點材料的體電阻率較低。
[0016]本發明觸點材料相對與常規銅基觸點有更加優良的抗氧化能力和抗燒損能力，可以應用在低壓斷路器、接觸器和繼電器中。
[0017]下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步介紹。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例對本發明進行具體的描述，只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限定，該領域的技術工程師可根據上述發明的內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。
[0019]實施例1
CuTeWCSn02/GRN各個材料質量百分比為: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，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，壓制燒結造孔，孔隙率在50-90%，制備成泡沫銅塊體，其中泡沫銅內的有機造孔劑必須在燒結過程中全部脫除。該塊體在管式電阻爐內化學氣相沉積石墨烯，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。制成的孔隙壁帶有石墨烯的泡沫銅后續經反復軋制和壓制，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，后續進行燒結造孔，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，在水合肼還原下，使石墨烯均勻穩定生產在泡沫銅內部聯通的孔隙壁上，石墨烯層厚度控制在10納米，泡沫銅大顆粒經進一步壓制、軋制、復壓，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本發明不限于以上實施例。
【主權項】
1.一種基于石墨烯增強泡沫銅的銅基觸點材料，其特征在于:以石墨烯增強泡沫銅為坯料經反復壓制或軋制，使其密度到達理論密度的99%以上，制備成銅基觸點材料，該石墨烯增強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，該泡沫銅內設置有相互聯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部聯通的孔隙內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。
2.根據權利要求1所述的基于石墨烯增強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.根據權利要求1所述的基于石墨烯增強泡沫銅的銅基觸點材料，其特征在于:所述的石石墨烯增強泡沫銅是通過以下工藝獲得:以化學氣相沉積或者濕法液相還原氧化石墨工藝在泡沫銅內部聯通孔隙的內表面壁和泡沫銅外表面上生長石墨烯層。
【專利摘要】本發明公開了一種基于石墨烯增強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泡沫銅的內部聯通的孔隙內表面壁上以及泡沫銅的外表面上，厚度在10納米范圍內。該泡沫銅經后續致密化加工，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定、抗電弧燒損能力好、抗熔焊性能優良的特點，可以替代現有的銀基觸點材料應用在低壓斷路器、接觸器和繼電器。
【IPC分類】C23C16-26, H01H1-025, C22C32-00, C01B31-04, C22C9-00
【公開號】CN104538214
【申請號】CN201410754620
【發明人】劉立強, 翁桅, 林萬煥
【申請人】福達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