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      一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法

      文檔序號(hào):10483955閱讀:386來源:國知局
      一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法,該銀基電觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯,其中錫元素的含量為5?10wt%,鎳的元素含量為2?5wt%,鑭的元素的含量為0.5?1wt%,鍍銀石墨烯的含量為2.5?3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì),余量元素為銀和氧。本發(fā)明制備的銀基電觸點(diǎn)材料,通過優(yōu)化選擇則原材料配比和工藝,來提高提高材料的組織均勻性,改善材料的電性能,采用溶膠凝膠法制備SnO2粉末,納米SnO2在銀基體中的分布均勻彌散,能避免因?yàn)镾nO2富集而形成絕緣層導(dǎo)致接觸電阻降低,減少氧化物對(duì)基體的割裂作用,能有效銀基電觸點(diǎn)材料的加工性能,改善抗熔焊、耐電弧燒損的能力,鍍銀石墨烯改善了石墨烯與金屬間的界面潤濕性,有利于獲得良好界面結(jié)合,使復(fù)合材料導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能、抗電弧侵蝕性進(jìn)一步提高,更好地滿足電觸頭的性能需求。
      【專利說明】
      一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0001]本發(fā)明涉及電力設(shè)備制造領(lǐng)域,具體涉及一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]電接觸元件是電器開關(guān)、儀器儀表等的接觸元件,廣泛應(yīng)用于電力、電信系統(tǒng)即家電控制等設(shè)備。銀基電接觸材料由于其接觸電阻低、抗熔焊能力強(qiáng)、耐磨損性能良好、抗電侵蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到快速發(fā)展,其中銀氧化錫電接觸材料是近10年來發(fā)展很快的I種可替代有毒的銀氧化鎘的新型環(huán)保型電接觸材料,具有熱穩(wěn)定性好、耐電弧侵蝕及抗熔焊性能,使用壽命長、使用電流范圍廣,因此能保證電器運(yùn)行可靠性。
      [0003]目前,電觸點(diǎn)材料大致可以劃分成以下幾類:銀基觸點(diǎn)材料、鎢基觸點(diǎn)材料、銅基觸點(diǎn)材料以及貴金屬基弱電接點(diǎn)材料。其中,最具代表性的觸點(diǎn)材料為Cu-W合金及Ag基觸點(diǎn)材料(AgSn02、AgCd0、Ag-W系等)兩大類。由于W、Ag等均屬于貴金屬,資源儲(chǔ)量有限,而且采用該類貴金屬作為原料使得觸點(diǎn)材料的成本過于昂貴,不利于推廣應(yīng)用。另外,現(xiàn)有的觸點(diǎn)材料耐磨性能差而很難使用在滑動(dòng)觸點(diǎn)上。
      [0004]作為環(huán)保型銀氧化錫電觸頭材料,因具有優(yōu)良的抗電弧侵蝕性、耐磨損性和更好的抗熔焊性而被廣泛應(yīng)用在各類低壓電器上,以取代有毒的銀氧化鎘材料。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]本發(fā)明提供一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法,該銀基電觸點(diǎn)材料,具有優(yōu)異的電性能和機(jī)械性能。
      [0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法,該銀基電觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯,其中錫元素的含量為5-10wt%,鎳的元素含量為2-5wt%,鑭的元素的含量為0.5-lwt%,鍍銀石墨烯的含量為2.5-3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì),余量元素為銀和氧;
      該方法包括如下步驟:
      (1)制備錫的氧化物
      溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCl4的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑,在恒溫下進(jìn)行攪拌,同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2,經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠,其中SnCl4.5H20和TiCl4的質(zhì)量比為8.5:1-9:1,醇水溶液中醇與水的體積比為2:1;
      (2)制備鍍銀石墨烯粉末
      采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯,將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨,去除表面氧化膜,再用丙酮清洗,烘干,直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射,采用擋板將靶材與石墨烯隔開,去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì),保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度,直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銀靶,在真空度達(dá)到0.1 X 10—3-1.0 X 10—3Pa時(shí),通入純度99.99%的氬氣,工作氣壓0.5-1.2?&,濺射功率100-1501,沉積時(shí)間為5-301^11;
      將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù),轉(zhuǎn)速100_250r/min,球磨15-20分鐘,停止5分鐘,順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng),總計(jì)混粉時(shí)間2-6h,得到鍍銀石墨烯粉末;
      (3)制備合金
      制備合金的原料為銀、鎳和鑭,其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,鎳元素含量為2-5wt%,鑭的元素的含量為0.5-1%,來準(zhǔn)備,余量為銀,上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液,經(jīng)精煉后,澆鑄成合金圓錠;
      (4)破碎合金
      將所得的合金圓錠加熱至720°C-760°C,擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段,將合金線段進(jìn)行清洗、烘干,再氫破,球磨成粉,其中合金圓錠擠壓成Φ 5mm-Φ 7mm的合金線材,再進(jìn)行拉拔加工,合金線材拉拔加工至直徑為Φ Imm- Φ 2.5mm,破碎的合金線段長度為10mm-50mm,球磨得到合金粉末的粒徑小于I Oym ;
      (5)內(nèi)氧化
      將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化,其氧化溫度為700 0C-750 0C,氧化壓力為
      0.2MPa-0.5MPa,氧化時(shí)間為24h_40h,得到內(nèi)氧化的合金粉末;
      (6)采用粉末冶金工藝,按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,錫元素含量為5-10wt%,鍍銀石墨稀粉末含量為2.5-3.5wt%,將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合,經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序,制成銀基電觸點(diǎn)材料。
      [0007]本發(fā)明制備的銀基電觸點(diǎn)材料,通過優(yōu)化選擇則原材料配比和工藝,來提高提高材料的組織均勾性,改善材料的電性能,采用溶膠凝膠法制備Sn02粉末,納米Sn02在銀基體中的分布均勻彌散,能避免因?yàn)镾nO2富集而形成絕緣層導(dǎo)致接觸電阻降低,減少氧化物對(duì)基體的割裂作用,能有效銀基電觸點(diǎn)材料的加工性能,改善抗熔焊、耐電弧燒損的能力,鍍銀石墨烯改善了石墨烯與金屬間的界面潤濕性,有利于獲得良好界面結(jié)合,使復(fù)合材料導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能、抗電弧侵蝕性進(jìn)一步提高,更好地滿足電觸頭的性能需求。
      【具體實(shí)施方式】
      [0008]實(shí)施例一
      本實(shí)施例的石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯,其中錫元素的含量為5wt%,鎳的元素含量為2wt%,鑭的元素的含量為0.5wt%,鍍銀石墨烯的含量為2.5wt%以及不可避免的雜質(zhì),余量元素為銀和氧。
      [0009]溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCU的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑,在恒溫下進(jìn)行攪拌,同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2,經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠,其中SnCl4.5H20和TiCl4的質(zhì)量比為8.5: I,醇水溶液中醇與水的體積比為2: I。
      [0010]采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯,將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨,去除表面氧化膜,再用丙酮清洗,烘干,直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射,采用擋板將靶材與石墨烯隔開,去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì),保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度,直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銀靶,在真空度達(dá)到0.1 X 10—3Pa時(shí),通入純度99.99%的氬氣,工作氣壓0.5Pa,濺射功率10W,沉積時(shí)間為5min。
      [0011]將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù),轉(zhuǎn)速100r/min,球磨15分鐘,停止5分鐘,順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng),總計(jì)混粉時(shí)間2h,得到鍍銀石墨稀粉末。
      [0012]制備合金的原料為銀、鎳和鑭,其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,鎳元素含量為2wt%,鑭的元素的含量為0.5%,來準(zhǔn)備,余量為銀,上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液,經(jīng)精煉后,澆鑄成合金圓錠;
      將所得的合金圓錠加熱至720°C,擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段,將合金線段進(jìn)行清洗、烘干,再氫破,球磨成粉,其中合金圓錠擠壓成Φ 5mm的合金線材,再進(jìn)行拉拔加工,合金線材拉拔加工至直徑為Φ 1mm,破碎的合金線段長度為10mm,球磨得到合金粉末的粒徑小于ΙΟμπι。
      [0013]將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化,其氧化溫度為700°C,氧化壓力為
      0.2MPa,氧化時(shí)間為24h,得到內(nèi)氧化的合金粉末。
      [0014]采用粉末冶金工藝,按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,錫元素含量為5wt%,鍍銀石墨烯粉末含量為2.5wt%,將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合,經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序,制成銀基電觸點(diǎn)材料。
      [0015]實(shí)施例二
      本實(shí)施例的石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯,其中錫元素的含量為10wt%,鎳的元素含量為5wt%,鑭的元素的含量為1的%,鍍銀石墨烯的含量為3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì),余量元素為銀和氧。
      [0016]溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCU的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑,在恒溫下進(jìn)行攪拌,同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2,經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠,其中SnCl4.5H20和TiCl4的質(zhì)量比為9:1,醇水溶液中醇與水的體積比為2:1。
      [0017]采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯,將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨,去除表面氧化膜,再用丙酮清洗,烘干,直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射,采用擋板將靶材與石墨烯隔開,去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì),保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度,直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銀靶,在真空度達(dá)到1.0 X 10—3Pa時(shí),通入純度99.99%的氬氣,工作氣壓1.2Pa,濺射功率150W,沉積時(shí)間為30min。
      [0018]將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù),轉(zhuǎn)速250r/min,球磨20分鐘,停止5分鐘,順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng),總計(jì)混粉時(shí)間6h,得到鍍銀石墨稀粉末。
      [0019]制備合金的原料為銀、鎳和鑭,其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,鎳元素含量為5wt%,鑭的元素的含量為1%,來準(zhǔn)備,余量為銀,上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液,經(jīng)精煉后,澆鑄成合金圓錠;
      將所得的合金圓錠加熱至760°C,擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段,將合金線段進(jìn)行清洗、烘干,再氫破,球磨成粉,其中合金圓錠擠壓成Φ 7mm的合金線材,再進(jìn)行拉拔加工,合金線材拉拔加工至直徑為Φ 2.5mm,破碎的合金線段長度為50mm,球磨得到合金粉末的粒徑小于I Oym。
      [0020]將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化,其氧化溫度為7500C,氧化壓力為
      0.5MPa,氧化時(shí)間為40h,得到內(nèi)氧化的合金粉末。
      [0021]采用粉末冶金工藝,按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,錫元素含量為10wt%,鍍銀石墨烯粉末含量為3.5wt%,將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合,經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序,制成銀基電觸點(diǎn)材料。
      [0022]比較例
      按組元質(zhì)量配比:鎘:6% ;錯(cuò):3% ;鋪:0.03% ;余量銀。恪煉鑄錠形成銀鎘錯(cuò)鋪合金錠。將銀鎘鋯鈰合金錠加熱經(jīng)擠壓成線材,再經(jīng)拉拔到直徑為Φ 4mm的絲材。在冷鐓機(jī)上將絲材與銀絲經(jīng)冷鐓機(jī)剪切成長短適宜的小段鐓制復(fù)合成Φ 9mm X 2mm的片材觸頭產(chǎn)品。將觸頭產(chǎn)品在560 °C真空狀態(tài)沖入氬氣的電爐中擴(kuò)散退火150分鐘,隨爐降溫至80 °C取出產(chǎn)品。將產(chǎn)品裝入通氧氣壓力為1.2 Mpa的電爐中在溫度首冼為650°C氧化處理32小時(shí),再隨爐升溫至730 °C氧化處理30小時(shí)。隨爐冷卻至100 °C以下出爐得之電觸點(diǎn)材料
      對(duì)相同形狀和尺寸的實(shí)施例1-2及比較例的電觸點(diǎn)材料進(jìn)行測試,測試結(jié)果顯示:實(shí)施例1-2的電阻率相對(duì)比較例降低13%以上,硬度增加25%以上。
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1.一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法,該銀基電觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯,其中錫元素的含量為5_10wt%,鎳的元素含量為2-5wt%,鑭的元素的含量為0.5-lwt%,鍍銀石墨烯的含量為2.5-3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì),余量元素為銀和氧; 該方法包括如下步驟: (1)制備錫的氧化物 溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCl4的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑,在恒溫下進(jìn)行攪拌,同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2,經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠,其中SnCl4.5出0和11(:14的質(zhì)量比為8.5:1-9:1,醇水溶液中醇與水的體積比為2:1; (2)制備鍍銀石墨烯粉末 采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯,將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨,去除表面氧化膜,再用丙酮清洗,烘干,直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射,采用擋板將靶材與石墨烯隔開,去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì),保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度,直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為.99.99%的銀靶,在真空度達(dá)到0.1 × 10—3-1.0 × 10—3Pa時(shí),通入純度99.99%的氬氣,工作氣壓.0.5-1.2?&,濺射功率100-1501,沉積時(shí)間為5-301^11; 將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù),轉(zhuǎn)速100_250r/min,球磨.15-20分鐘,停止5分鐘,順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng),總計(jì)混粉時(shí)間2-6h,得到鍍銀石墨烯粉末; (3)制備合金 制備合金的原料為銀、鎳和鑭,其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,鎳元素含量為2-5wt%,鑭的元素的含量為0.5-1%,來準(zhǔn)備,余量為銀,上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液,經(jīng)精煉后,澆鑄成合金圓錠; (4)破碎合金 將所得的合金圓錠加熱至720°C-760°C,擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段,將合金線段進(jìn)行清洗、烘干,再氫破,球磨成粉,其中合金圓錠擠壓成Φ 5mm-Φ 7mm的合金線材,再進(jìn)行拉拔加工,合金線材拉拔加工至直徑為Φ 1mm- Φ 2.5mm,破碎的合金線段長度為.10mm-50mm,球磨得到合金粉末的粒徑小于10ym ; (5)內(nèi)氧化 將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化,其氧化溫度為700 0C-750 ℃,氧化壓力為.0.2MPa-0.5MPa,氧化時(shí)間為24h_40h,得到內(nèi)氧化的合金粉末; (6)采用粉末冶金工藝,按照最終銀基觸點(diǎn)材料中,錫元素含量為5-10wt%,鍍銀石墨稀粉末含量為2.5-3.5wt%,將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合,經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序,制成銀基電觸點(diǎn)材料。
      【文檔編號(hào)】C22C1/05GK105838914SQ201610234804
      【公開日】2016年8月10日
      【申請(qǐng)日】2016年4月16日
      【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
      【申請(qǐng)人】蘇州思創(chuàng)源博電子科技有限公司
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