CN102324335A - 一种复合电触头材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合电触头材料的制备方法，工艺过程是：1)制备催化剂前驱体，由六水硝酸镍与六水硝酸钇的混合水溶液配制成Ni基催化剂，镍钇的质量比为1-10；并沉积在等离子处理洗净后的样本铜片上，得到催化剂前躯体；2)制备CNTs阵列，取催化剂前驱体放入石英舟中；在氩气保护下进行分解反应；然后进行催化裂解反应；得到生长有CNTs阵列的样本铜片；3)制备CNTs-Ag-Cu复合电触头材料，将硝酸银水溶液加到生长有CNTs的样本铜片上，并在低超声下，使硝酸银溶液浸入到样本铜片的CNTs阵列中，蒸发分解0.2-2h，重复所作3-20次，直到所述CNTs阵列被完全填充满即得。
Description
技术领域
本发明涉及电触头材料技术，具体为一种在铜基体上直接生长碳纳米管，并采用浸渍等工艺制得Cu基体表面覆盖CNT-Ag复合层的电触头材料制备方法。
背景技术
电触头材料是影响开关电器触头系统工作可靠性的关键因素。长期以来，制备低压电器用电触头材料，一直以银基合金及银金属氧化物为主。其中，AgCdO被称为“万能触头”，是综合性能最佳的首选电触头或电触点材料，但“镉毒”对环境的影响已经引起了人们的关注。近30年来银基电触头研究开发的一个重要内容就是研制能替代AgCdO的新材料，且已经开发出了一批与AgCdO部分性能相当甚至更优的新型电触头材料，如AgSnO、AgZnO、AgCuO、AgRe、AgC等，并在一些领域实际取代了AgCdO。但是，随着现代工业的高速发展，高压输电网络负荷日益增加，电力拖动自动控制水平不断提高，传统触头材料已经不能满足触头小型化、高可靠性、长寿命等苛刻的电气性能要求，开发性能更优异的绿色环保型替代材料已成为当务之急。此外，银作为贵金属，其产量有限，且价格昂贵，为了节银，人们在降低触头材料中Ag含量的同时，也在进行以廉价金属代替银的研究工作。其中最适合的元素是Cu，但Cu的高温氧化速度较快，且生成的氧化膜(CuO和Cu2O)具有极低的电导率，氧化膜的生长急剧增大了接触电阻，使Cu及其合金难以作为电接触材料应用。而在铜基表面覆盖银基粉末制备复合电接触材料，可有效解决Cu表面氧化问题，使材料的电导率大大增加，从而节省银，降低成本，是未来制备电触头材料的新方向。
碳纳米管(CNTs)是石墨烯片卷曲形成的中空碳笼管。与常规碳纤维相比，碳纳米管具有更高的弹性模量、抗拉强度及更好的韧性。2004年，Hjortstam等提出了超低电阻材料的概念，即利用CNTs的弹道传输特性，在理想状态下与金属基体(Cu、Ti)复合，添加30-60vol％的CNTs可使复合材料的室温电阻抗降到纯铜的1/2。因此，通过合理设计，将CNTs引入到电触头材料的制备中，有望突破目前常规添加物的限制，制备出新一代高性能环保电触头材料。
近年来的研究表明，CNTs与金属基体的接触界面在很大程度上决定了复合材料的性能。降低CNTs与金属基体的接触电阻是获得高导电率复合材料的关键之一。而在金属基底上直接生长CNTs则是获得低接触电阻界面的最直接有效的方法。然而，不同于陶瓷等不导电基体，大部分金属的活性较高，在高温下与催化剂容易发生反应，从而影响其活性，制约CNTs的生长，因此控制催化剂与基体的反应，保持催化剂活性是在金属基体上制备CNTs的关键。目前常采用的方法是在导电基体上与催化剂之间添加Al2O3等中间薄层。Parthangal等虽然在Ag、W、Cu等多种金属和合金基底上直接生长出CNTs，但所采用的复合催化剂中必须含有一定量的Al2O3，Al2O3对Fe与基体的阻断作用是生长CNTs的必要条件。最近，Nessim等以Fe为催化剂，高温预热进料气，而将基板放在低温区，直接在Ta基底上生长出CNTs，在此过程中，温度控制是关键，基板保持低温可以减少金属基体与催化剂的反应，但导电基体与催化剂的具体作用机理及对CNTs阵列生长的影响仍不清楚，且过程复杂。如何控制金属基底与催化剂的反应，揭示其作用机制仍然是目前面临的主要挑战。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种复合电触头材料的制备方法，该制备方法通过合理控制催化剂与Cu基体之间的反应，在不添加任何扩散阻断层的情况下，在Cu基体上直接生长出不同结构的CNTs，然后采用浸渍等工艺将银填充进CNTs网络中，制成一种以铜为基体、CNTs-Ag为接触层的高效能复合电触头材料，且工艺简单，产品廉价，适于工业化实施。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种复合电触头材料的制备方法，该制备方法包含以下工艺过程：
1)制备催化剂前驱体
取样本铜片，先用机械方法抛光，抛光之后的样本铜片依次在蒸馏水-丙酮-酒精中进行超声波清洗，干燥后进行等离子体处理或微氧化处理后备用；再配置催化剂溶液，催化剂溶液由六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁与六水硝酸钇的混合水溶液配制而成Ni基、Co基或Fe基催化剂，其中六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁的浓度为0.0001-1mol/L，镍、钴或铁与钇的质量比为1-10；然后将处理后的样本铜片浸入上述催化剂溶液中，使样本铜片上负载一层催化剂溶液，再将该铜片放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥1小时，得到均匀分布在Cu基体表面的Y掺杂催化剂前躯体；所述等离子处理为氩气等离子处理，处理时间0.5-10min；所述微氧化处理的条件是，空气中处理，处理温度100-300℃，处理时间0.1-2h；
2)制备碳纳米管阵列
取步骤1)所得催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至200-400℃，并在此温度下煅烧1-4小时，进行分解反应；然后将温度升到500-850℃，通入混合反应气体，进行催化裂解反应；所述混合反应气体为氩气、氢气与乙炔/甲烷气体按Ar∶H2∶C2H2或CH4＝100-400∶5-200∶5-100的流量比配制，反应0.2-1h后，关掉混合反应气体，保温0-1h，然后在氩气氛围下，将炉温降至室温，得到在铜基体上生长有CNTs阵列的样本铜片；
3)制备CNTs-Ag-Cu
将步骤2)所制备的样本铜片进行氩气等离子体功能化处理，或将步骤2)所述的样本铜片浸入浓度为0.1-10mol/L的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠水溶液中处理0.5-1.0min，然后将浓度0.01-10mol/L的硝酸银水溶液或硝酸银酒精溶液加到处理后的样本铜片上，或将所述的样本铜片浸入到浓度0.01-10mol/L的硝酸银溶液中，并在400W低超声功率辅助下，使硝酸银溶液浸入到所述样本铜片的CNTs阵列中，再将样本铜片置于氩气保护中，在200-400℃下进行蒸发分解0.2-2h，并重复3-20次，直到所述样本铜片的CNTs阵列被完全填充满；然后将所得CNTs-Ag-Cu复合材料在50-500MPa下压制后，再在真空或Ar气保护下、于400-900℃进行烧结，或者在压力20-200MPa，温度300-700℃下进行热压，即在铜基体上得到密实的碳纳米管增强Ag基复合薄膜的复合电触头材料。
与现有技术相比，本发明制备方法采用化学气相沉积技术在铜基板表面直接生长CNTs阵列，再用浸渍、烧结等技术将Ag填充进CNTs阵列中，制得定向排列CNTs-Ag复合覆层的新型电触头材料，具有以下优点：(1)CNTs在铜基体表面直接生长，且与基体形成紧密结合，从而降低接触电阻，提高系统的传导性；(2)复合电触头材料中，CNTs在平行于电流传输方向上相对有序排列，有利于发挥CNTs的弹道传导特性；(3)位于CNTs顶端的少量稀土改性Ni基纳米催化剂易于在Ag基体表层弥散分布，可进一步提高材料的耐机械磨损性和抗熔焊性等；(4)银的使用量大大降低，从而使电触头材料的整体性价比提高。
附图说明
图1为采用本发明制备方法工艺过程及所制得的CNTs-Ag-Cu复合电触头材料结构的示意图，其中，1为碳纳米管，2为催化剂，3为银薄膜，4为铜基体；
图2为本发明制备方法制得的在Cu基体上直接生长的CNTs形貌的SEM照片图，其中a图为垂直阵列状CNTs的SEM图；b图为螺旋状CNTs的SEM图；
图3为本发明制备方法制得的在Cu基体上直接生长的CNTs-Ag复合层的俯视SEM照片图(这张图是从上面照的俯视图，只看到碳纳米管和银的表面形貌，看不到铜基体)。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：
本发明设计的复合电触头材料的制备方法(简称制备方法，参见图1-3)，简单说是通过制备新型复合催化剂和精确控制实验过程，采用化学气相沉积技术在铜基板表面直接生长CNTs阵列，再用浸渍、烧结等技术将Ag填充进CNTs阵列中，制得定向排列CNT-Ag复合覆层的新型复合电触头材料。其具体工艺过程是：
1)制备催化剂前驱体
实施例取直径12mm、厚度3mm的样本铜片，先用机械方法抛光样本铜片，抛光之后的样本铜片依次在蒸馏水-丙酮-酒精中进行超声波清洗，干燥后，进行等离子体处理或微氧化处理，然后备用；再配置催化剂溶液，催化剂溶液由六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁与六水硝酸钇混合水溶液配制而成Ni基、Co基或Fe基催化剂，其中六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁的浓度为0.0001-1mol/L，镍、Co或Fe与钇的质量比为1-10；然后将处理后的样本铜片浸入上述溶液中，使样本铜片上负载一层催化剂溶液，再将该铜片放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥1小时，得到均匀分布在Cu基体表面的Y掺杂催化剂前躯体；所述等离子处理为氩气等离子处理，处理时间0.5-10min；所述微氧化处理的条件是，空气中处理，处理温度100-300℃，处理时间0.1-2h；
2)制备碳纳米管阵列
取步骤1)所得催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至200-400℃，并在此温度下煅烧1-4小时，发生分解反应；然后将温度升到500-850℃，通入混合反应气体，进行催化裂解反应，所述混合反应气体为氩气、氢气与乙炔或甲烷气体按Ar∶H2∶C2H2或CH4＝100-400∶5-200∶5-100的流量比配制，反应0.2-1h后，关掉混合反应气体，保温0-1h，然后在氩气氛围下，将炉温降至室温，得到在铜基体上生长有CNTs阵列的样本铜片；
3)制备CNTs-Ag-Cu
将步骤2)所制备的生长有CNTs的样本铜片进行氩气等离子体功能化处理，或将生长有CNTs的样本铜片浸入浓度为0.1-10mol/L的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠水溶液中处理0.5-1.0min，然后将浓度0.01-10mol/L的硝酸银水溶液或硝酸银酒精溶液加到处理后的生长有CNTs的样本铜片上，或将处理后的生长有CNTs的样本铜片浸入到浓度0.01-10mol/L的硝酸银溶液中，并在400W低超声功率辅助下，使硝酸银溶液浸入到所述样本铜片CNTs阵列中，并与CNTs充分接触，然后将样本铜片置于氩气保护中，在200-400℃下进行蒸发分解0.2-2h，并重复3-20次，直到CNTs阵列被完全填充满；然后将所得CNTs-Ag-Cu复合材料在50-500MPa下压制后，再在真空或Ar气保护下、于400-900℃进行烧结，或者在压力20-200MPa，温度300-700℃下进行热压，即在铜基体上得到密实的碳纳米管增强Ag基复合薄膜的复合电触头材料。
本发明制备方法是在铜基体上生长碳纳米管之后再往碳纳米管的缝隙中注入硝酸银，然后还原出银单质，使得在铜基体表面形成一层碳纳米管和银薄膜的复合电触头材料，工艺简单，成本低廉，适于工业化实施，所得复合电触头材料主要适用于做高效能电触头。
本发明未述及之处适用于现有技术。
以下给出本发明制备方法的具体实施例。
实施例1
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光，抛光之后将铜片放入50ml蒸馏水溶液中进行超声波清洗10min，然后再依次放入50ml丙酮溶液和酒精溶液中分别进行超声波清洗10min。清洗完之后将铜片在室温下吹干，干燥后再进行氩气等离子处理0.5min。然后配置六水硝酸镍、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸镍浓度为0.0001mol/L，镍、钇质量比Ni∶Y为1∶1。然后在氩气等离子处理完的铜片上浸渍一层浓度0.0001mol/L的Ni/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在80℃下真空干燥1小时，得到Ni/Y/Cu催化剂前躯体；然后取得到的Ni/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部的恒温区；在氩气保护下升温至200℃，氩气流量为100sccm，并在200℃下煅烧1小时，然后将温度升到500℃，通入乙炔和氢气(氩气、氢气、乙炔气体流量比Ar∶H2∶C2H2为400sccm∶200sccm∶100sccm)进行生长CNTs，生长时间为1h，生长完之后在氩气(氩气量为100sccm)氛围下保温1h，然后将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将0.01mol/L的硝酸银酒精溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W功率的超声辅助下，使溶液浸入到CNTs阵列中，并与CNTs充分接触，然后放入管式炉中在300℃下氩气保护下蒸发分解30min，并重复20次；然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行300MPa压制，700℃下真空烧结，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例2
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再进行等离子处理1min。然后配置六水硝酸镍、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸镍浓度为0.02mol/L，镍钇质量比Ni∶Y为2∶1。然后在等离子处理完的铜片上浸渍一层0.02mol/L的Ni/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在100℃下真空干燥1小时，得到Ni/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Ni/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至400℃，氩气量为100sccm，并在400℃下煅烧1小时，然后将温度升到750℃，通入乙炔和氢气(氩气、氢气、乙炔气体流量比Ar∶H2∶C2H2为150sccm∶50sccm∶50sccm)进行生长CNTs，生长时间为30min，生长完之后在氩气(氩气量为100sccm)氛围下将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将CNTs阵列进行氩气等离子体处理2分钟后，浸入5mol/L的硝酸银水溶液中充分浸润后取出放入管式炉中在250℃氩气保护下蒸发分解1h，并重复5次。然后将CNTs-Ag-Cu在50MPa下500℃热压20min，即得到密实的CNTs-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例3
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再将铜片置于空气中在100℃下氧化2h。然后配置六水硝酸镍、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸镍浓度为1mol/L，镍钇质量比Ni∶Y为5∶1。然后在等离子处理完的铜片上浸渍一层1mol/L的Ni/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在100℃下真空干燥1小时，得到Ni/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Ni/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至400℃，氩气量为200sccm，并在400℃下煅烧4小时，然后将温度升到850℃，通入乙炔和氢气(氩气、氢气、乙炔气体流量比Ar∶H2∶C2H2为180sccm∶50sccm∶20sccm)进行生长CNTs，生长时间为0.2h，生长完之后在氩气(氩气量为200sccm)氛围下将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将10mol/L的硝酸银水溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W低功率超声辅助下，使溶液浸入到阵列中并与CNTs充分接触，然后放入管式炉中在400℃下氩气保护下蒸发分解0.2h，并重复3次。然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行500MPa压制，900℃下Ar保护烧结，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例4
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再进行等离子处理10min。然后配置六水硝酸镍、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸镍浓度为0.005mol/L，镍钇质量比Ni∶Y为10∶1。然后在等离子处理完的铜片上浸渍一层0.005mol/L的Ni/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在90℃下真空干燥1小时，得到Ni/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Ni/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至300℃，氩气量为100sccm，并在300℃下煅烧3小时，然后将温度升到800℃，通入乙炔和氢气(氩气、氢气、乙炔气体流量比Ar∶H2∶C2H2为180sccm∶20sccm∶20sccm)进行生长CNTs，生长时间为30min，生长完之后在氩气(氩气量为100sccm)氛围下将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将4mol/L的硝酸银酒精溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W低功率超声辅助下，使溶液浸入到阵列中并与CNTs充分接触，然后放入管式炉中在250℃下氩气保护下蒸发分解2h，并重复3次。然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行200MPa下700℃热压1h，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例5
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再将铜片置于空气中在300℃下氧化30min。然后配置六水硝酸镍、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸镍浓度为0.2mol/L，镍钇质量比Ni∶Y为6∶1。然后在等离子处理完的铜片上浸渍一层0.2mol/L的Ni/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在80℃下真空干燥1小时，得到Ni/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Ni/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至200℃，氩气量为200sccm，并在200℃下煅烧4小时，然后将温度升到750℃，通入甲烷和氢气(氩气、氢气、甲烷气体流量比Ar∶H2∶CH4为400sccm∶200sccm∶100sccm)进行生长CNTs，生长时间为1h，生长完之后在氩气(氩气量为200sccm)氛围下将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将7mol/L的硝酸银水溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W低功率超声辅助下，使溶液浸入到阵列中并与CNTs充分接触。然后放入管式炉中在350℃下氩气保护下蒸发分解1.5h，并重复10次。然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行50MPa压制，400℃下真空烧结，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例6
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再进行氩气等离子处理1min。然后配置六水硝酸钴、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸钴浓度为0.05mol/L，钴钇质量比Co∶Y为5∶1。然后在等离子处理完的铜片上浸渍一层0.05mol/L的Co/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在80℃下真空干燥1小时，得到Co/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Co/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至400℃，氩气量为100sccm，并在400℃下煅烧1小时，然后将温度升到800℃，通入乙炔和氢气(氩气、氢气、乙炔气体流量比Ar∶H2∶C2H2为300sccm∶150sccm∶100sccm)进行生长CNTs，生长时间为1h，生长完之后在氩气(氩气量为100sccm)氛围下保温1h，然后将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将5mol/L的硝酸银水溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W低功率超声辅助下，使溶液浸入到阵列中并与CNTs充分接触，然后放入管式炉中在300℃下氩气保护下蒸发分解2.5h，并重复20次。然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行20MPa下300℃热压3h，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例7
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再将铜片置于空气中在100℃下氧化2h。然后配置六水硝酸钴、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸钴浓度为0.01mol/L，钴钇质量比Co∶Y为2∶1。然后在氩气等离子处理完的铜片上浸渍一层0.01mol/L的Co/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在100℃下真空干燥1小时，得到Co/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Co/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至300℃，氩气量为100sccm，并在300℃下煅烧3小时，然后将温度升到700℃，通入甲烷和氢气(氩气、氢气、甲烷气体流量比Ar∶H2∶CH4为100sccm∶5sccm∶5sccm)进行生长CNTs，生长时间为1h，生长完之后在氩气(氩气量为100sccm)氛围下将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将1mol/L的硝酸银酒精溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W低功率超声辅助下，使溶液浸入到阵列中并与CNTs充分接触，，然后放入管式炉中在400℃下氩气保护下蒸发分解2.5h，并重复20次。然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行100MPa下500℃热压2h，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例8
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再进行等离子处理5min。然后配置九水硝酸铁、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸铁浓度为0.0001mol/L，铁钇质量比Fe∶Y为1∶1。然后在氩气等离子处理完的铜片上浸渍一层0.0001mol/L的Fe/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在90℃下真空干燥1小时，得到Fe/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Fe/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至400℃，氩气量为100sccm，并在400℃下煅烧1小时，然后将温度升到800℃，通入乙炔和氢气(氩气、氢气、乙炔气体流量比Ar∶H2∶C2H2为100sccm∶5sccm∶5sccm)进行生长CNTs，生长时间为1h，生长完之后在氩气(氩气量为100sccm)氛围下将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将9mol/L的硝酸银水溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W低功率超声辅助下，使溶液浸入到阵列中并与CNTs充分接触，然后放入管式炉中在200℃下氩气保护下蒸发分解1.5h，并重复10次。然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行250MPa压制，800℃下真空烧结，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
实施例9
将直径12mm厚度3mm的铜片先进行机械抛光、清洗与干燥同实施例1，再进行等离子处理5min。然后配置九水硝酸铁、六水硝酸钇混合水溶液作为催化剂溶液，其中硝酸铁浓度为0.0001mol/L，铁钇质量比Fe∶Y为1∶1。然后在氩气等离子处理完的铜片上浸渍一层0.0001mol/L的Fe/Y催化剂溶液，再将铜片放入真空干燥箱中在90℃下真空干燥1小时，得到Fe/Y/Cu催化剂前躯体。然后取得到的Fe/Y/Cu催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至400℃，氩气量为100sccm，并在400℃下煅烧1小时，然后将温度升到800℃，通入乙炔和氢气(氩气、氢气、乙炔气体流量比Ar∶H2∶C2H2为100sccm∶5sccm∶5sccm)进行生长CNTs，生长时间为1h，生长完之后在氩气(氩气量为100sccm)氛围下将炉温降至室温，得到CNTs阵列。然后将生长有CNTs阵列的样本浸入浓度为1mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，然后取出样本并用蒸馏水超声清洗10min。然后将10mol/L的硝酸银水溶液滴加到制备的CNTs阵列上，并在400W低功率超声辅助下，使溶液浸入到阵列中并与CNTs充分接触，然后放入管式炉中在250℃下氩气保护下蒸发分解1h，并重复5次。然后将CNTs-Ag-Cu复合材料进行200MPa压制，700℃下真空烧结，即得到密实的CNT-Ag-Cu复合电触头材料。
Claims (3)
1.一种复合电触头材料的制备方法，其具体工艺过程是：
1)制备催化剂前驱体
取样本铜片，先用机械方法抛光，抛光之后的样本铜片依次在蒸馏水-丙酮-酒精中进行超声波清洗，干燥后进行等离子体处理或微氧化处理后备用；再配置催化剂溶液，所述催化剂溶液由六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁与六水硝酸钇的混合水溶液配制而成的Ni基、Co基或Fe基催化剂，其中六水硝酸镍、六水硝酸钴或九水硝酸铁的浓度为0.0001-1mol/L，镍、钴或铁与钇的质量比为1-10；然后将处理后的样本铜片浸入催化剂溶液中，使样本铜片上负载一层催化剂溶液；再将该铜片放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥1小时，得到均匀分布在Cu基体表面的Y掺杂催化剂前躯体；所述等离子处理为氩气等离子处理，处理时间0.5-10min；所述微氧化处理的条件是，空气中处理，处理温度100-300℃，处理时间0.1-2h；
2)制备碳纳米管阵列
取步骤1)所得催化剂前驱体，放入石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；在氩气保护下升温至200-400℃，并在此温度下煅烧1-4小时，进行分解反应；然后将温度升到500-850℃，通入混合反应气体，进行催化裂解反应；所述混合反应气体为氩气、氢气与乙炔或甲烷气体按Ar∶H2∶C2H2或CH4＝100-400∶5-200∶5-100的流量比配制，反应0.2-1h后，关掉混合反应气体，保温0-1h，然后在氩气氛围下，将炉温降至室温，得到在铜基体上生长有CNTs阵列的样本铜片；
3)制备CNTs-Ag-Cu
将步骤2)所制备的样本铜片进行氩气等离子体功能化处理，或将步骤2)所述的样本铜片浸入浓度为0.1-10mol/L的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠水溶液中处理0.5-1.0min，然后将浓度0.01-10mol/L的硝酸银水溶液或硝酸银酒精溶液加到处理后的样本铜片上，或将所述的样本铜片浸入到浓度0.01-10mol/L的硝酸银溶液中，并在400W低超声功率辅助下，使硝酸银溶液浸入到所述样本铜片的CNTs阵列中，再将样本铜片置于氩气保护中，在200-400℃下进行蒸发分解0.2-2h，并重复3-20次，直到所述样本铜片的CNTs阵列被完全填充满；然后将所得CNTs-Ag-Cu复合材料在50-500MPa下压制后，再在真空或Ar气保护下、于400-900℃进行烧结，或者在压力20-200MPa，温度300-700℃下进行热压，即在铜基体上得到密实的碳纳米管增强Ag基复合薄膜的复合电触头材料。
2.一种由权利要求1所述复合电触头材料的制备方法所制得的复合电触头材料。
3.一种由权利要求1所述复合电触头材料的制备方法所制得的复合电触头材料用于做电触头。
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