CN104745848B - 一种包括钨金属的电触头材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种包括钨金属的电触头材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）配制钨酸溶胶：称取钨酸钠用去离子水配制成溶液，向其中滴加盐酸，制备出钨酸溶胶；（2）浸渍金属微粉：将金属微粉加入钨酸溶胶中，混合均匀，待反应0.5至24小时后，过滤、干燥得到固体粉末；（3）热处理：将步骤（2）所得的固体粉末在还原性气氛下于600至900℃焙烧1至10小时，制备得到包括钨金属的电触头材料。本发明还涉及一种利用该制备方法所制成的包括钨金属的电触头材料。

Description

一种包括钨金属的电触头材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电触头材料及其制备方法，特别涉及一种包括钨金属的电触头材料及其制备方法。
背景技术
Ag-W（银-钨）电触头材料中钨颗粒具有高熔点，在银基体中呈弥散分布，具有良好的耐电弧腐蚀性、耐磨性、低而稳定的接触电阻，因此被广泛应用于低压电器电触头材料中，如各类框架式万能断路器、塑壳断路器、重负载开关、电磁开关和调压开关等。
Cu-W（铜-钨）是电触头材料中由高熔点、高硬度的钨和高导电、导热容并有较高分断能力的铜而构成的合金。该合金触头材料具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和高强度等优点。但是它的截流值较高，虽然添加少量Sb、Bi等低熔点金属在运行开始阶段可起到降低截止电流的作用，但是当触头表面上的低熔点元素大部分被蒸发后，截流值将出现反弹。为了克服Cu-W材料的这些不足之处，日本、西德、英国等国家研究了Cu—WC触头材料。由于WC的存在，在开断小电流时能延长电弧熄灭的时间，而且抗熔焊性能也好，但Cu-WC材料的分断能力和电寿命较Cu-W触头材料差。
目前，国内常用的制备金属-钨复合电触头材料的方法主要有：粉末冶金法和熔渗法。
粉末冶金法：将银粉和钨粉采用常规的混粉、压制、烧结工艺制备得到触点材料。该方法在混粉时容易产生偏析而使产品的金相组织分布不均，压制时触头内部易产生应力，易分层成型困难。
熔渗法：先压制含部分银（作为熔渗时的诱导银）或不含银的钨骨架和银坯，骨架先经高温预烧结后，再将两者叠起置于特制的熔渗烧结炉中，在银熔点以上进行液相绕结，银在熔融状态下，通过毛细作用，填充到骨架孔隙中，形成致密的互相连接的整体材料。该方法制备得到的产品金相组织均匀，孔隙少，但对钨粉的粒度要求较高，只有当钨粉的粒度大小合适才能形成理想的骨架结构利于液态银填充到骨架结构中，同时由于银对钨的润湿性能不佳，也易造成材料的致密性较差等问题。
发明内容
出于解决现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种均匀混粉的方法，从而实现单质钨在金属基体中的均匀分散。
本发明是以浸渍法制备金属-钨电触头材料，具体是将金属微粉浸渍到钨的前驱体溶液中，反应一段时间后得到钨的前驱体包覆的金属微粉，再进行热处理得到金属-单质钨复合粉体用于电触头材料。
具体来讲，根据本发明的一种包括钨金属的电触头材料的制备方法包括以下步骤：
（1）配制钨酸溶胶：称取钨酸钠用去离子水配制成溶液，向其中滴加盐酸，制备出钨酸溶胶；
（2）浸渍金属微粉：将金属微粉加入钨酸溶胶中，混合均匀，待反应0.5至24小时后，过滤、干燥得到固体粉末；
（3）热处理：将步骤（2）所得的固体粉末在还原性气氛下于600至900℃焙烧1至10小时，制备得到包括钨金属的电触头材料。
所述金属微粉是Ag或Cu。
所述金属微粉的质量百分数为10～90%。
所述的还原性气氛是氢气、含氢混合气或氨气。
根据本发明的方法的优点是简便易行，快捷有效，可通过工艺调控得到尺寸均一的纳米级钨颗粒均匀包覆的金属粉体表面，实现了金属粉体与单质钨的充分均匀混合，为触点材料的制备提供了一种成本较低，制备工艺较简单、基体相与增强添加相能均匀混合的新方法。解决了目前常用的机械混粉或普通的熔渗工艺中，制备得到的触点组织不均匀、致密性较差等问题。
在本发明中可以实现：
（1）以金属钨的前驱体溶胶热处理得到的单质钨，易通过工艺参数调控来得到尺寸均一的纳米级单质钨。
（2）将金属微粉浸渍在金属钨的前驱体溶液中，金属钨的前驱体溶胶会在搅拌或超声分散的条件下，均匀包覆在金属微粉的表面，后经热处理工艺，三氧化钨还原成纳米钨单质，得到了纳米钨均匀包覆的金属粉体，实现了金属粉体与金属氧化物粉体的充分均匀混合。
（3）成本较低，制备工艺较简单。
本发明还涉及一种利用该制备方法所制成的包括钨金属的电触头材料。
该电触头材料包括金属微粉，通过将该金属微粉加入到配制好的钨酸溶胶中，混合均匀，待反应0.5至24小时后，过滤、干燥得到固体粉末；所述钨酸溶胶是通过称取钨酸钠用去离子水配制成溶液，向其中滴加盐酸而制备的；将所述固体粉末在还原性气氛下于600至900℃焙烧1至10小时，制备得到包括钨金属的电触头材料。
所述金属微粉是Ag或Cu。
所述金属微粉的质量百分数为10～90%。
所述的还原性气氛是氢气、含氢混合气或氨气。
根据本发明可通过工艺调控得到尺寸均一的纳米级钨颗粒均匀包覆的金属粉体表面，实现了金属粉体与单质钨的充分均匀混合，提供了一种制备成本较低，制备工艺较简单、基体相与增强添加相能均匀混合的电触头材料。解决了目前常用的机械混粉或普通的熔渗工艺中，制备得到的触点组织不均匀、致密性较差等问题。
根据本发明的电触头材料包括以下优势：
（1）以金属钨的前驱体溶胶热处理得到的单质钨，易通过工艺参数调控来得到尺寸均一的纳米级单质钨。
（2）将金属微粉浸渍在金属钨的前驱体溶液中，金属钨的前驱体溶胶会在搅拌或超声分散的条件下，均匀包覆在金属微粉的表面，后经热处理工艺，三氧化钨还原成纳米钨单质，得到了纳米钨均匀包覆的金属粉体，实现了金属粉体与金属氧化物粉体的充分均匀混合。
（3）成本较低，制备工艺较简单。
附图说明
通过下面的附图本领域技术人员将对本发明有更好的理解，并且更能清楚地体现出本发明的优点。这里描述的附图仅为了所选实施例的说明目的，而不是全部可能的实施方式并且旨在不限定本发明的范围。
图1(a),(b)示出根据本发明的浸渍法制备Ag-W的SEM（扫描式电子显微镜）/TEM（透射电镜）照片。
具体实施方式
以下将结合附图对根据本发明的优选实施例进行详细说明。通过附图以及相应的文字说明，本领域技术人员将会理解本发明的特点和优势。
本发明总体上是以浸渍法制备金属-钨电触头材料，具体是将金属粉体浸渍到钨的前驱体溶液中，反应一段时间后得到钨的前驱体包覆的金属粉体，再进行热处理得到金属-单质钨复合粉体用于电触头材料。
具体来讲，根据本发明的一种包括钨金属的电触头材料的制备方法包括以下步骤：
（1）配制钨酸溶胶：称取钨酸钠用去离子水配制成溶液，向其中滴加盐酸，制备出钨酸溶胶；
（2）浸渍金属微粉：将金属微粉加入钨酸溶胶中，通过搅拌或超声震荡等方法混合均匀，待反应0.5至24小时后，过滤、干燥得到固体粉末；
（3）热处理：将步骤（2）所得的固体粉末在还原性气氛于600至900℃焙烧1至10小时，制备得到包括钨金属的电触头材料。
所述金属微粉是Ag或Cu。
所述金属微粉的质量百分数为10～90%。
所述还原性气氛是氢气、含氢混合气或氨气。
本发明还涉及一种利用该制备方法所制成的包括钨金属的电触头材料。以下用4个非限定性的具体实施例对该制备方法和该电触头材料进行示例说明：
图1示出根据本发明的浸渍法制备Ag-W的SEM（扫描式电子显微镜）/TEM（透射电镜）照片。
实施例1
首先向0.33g/ml的Na2WO4（钨酸钠）溶液中滴加一定浓度的盐酸溶液，形成钨酸溶胶；再加入2.03g的银粉，搅拌40分钟，过滤、干燥后收集银粉；然后在纯氢气气氛下600℃焙烧1小时，制备得到Ag-W电接触材料。
经过ICP-AES分析表明：W的含量是22.33%(重量百分比)；经过XRD物相分析可以确定含有单质钨粉；经过SEM/TEM分析表明：吸附量比较大；但是未能形成均匀连续的膜层，主要是以颗粒的形式吸附在银颗粒表面。
实施例2
首先向0.33g/ml的Na2WO4溶液中滴加一定浓度的盐酸溶液，形成钨酸溶胶；再加入164.7g的铜粉，超声振荡1小时，过滤、干燥后收集铜粉；然后诸如氢气的惰性气体下850℃焙烧6小时，制备得到Cu-W电接触材料。
实施例3
首先向0.33g/ml的Na2WO4（钨酸钠）溶液中滴加一定浓度的盐酸溶液，形成钨酸溶胶；再加入100g的银粉，搅拌24小时，过滤、干燥后收集银粉；然后在氮氢混合气氛下750℃焙烧3小时，制备得到Ag-W电接触材料。
实施例4
首先向0.33g/ml的Na2WO4（钨酸钠）溶液中滴加一定浓度的盐酸溶液，形成钨酸溶胶；再加入50g的铜粉，超声振荡30分钟，过滤、干燥后收集铜粉；然后在氨气气氛下900℃焙烧10小时，制备得到Cu-W电接触材料。
本领域技术人员也可以选用其它适当的还原性气体。
本领域技术人员还可以根据不同的需要，选择不同质量的银粉或铜粉、选择不同的焙烧温度（例如600至900℃）和时间（例如1至10小时）、选择不同的搅拌和超声振荡时间（例如0.5至24小时）。
根据本发明的方法和材料可通过工艺调控得到尺寸均一的纳米级钨颗粒均匀包覆的金属粉体表面，实现了金属粉体与单质钨的充分均匀混合，提供了一种制备成本较低，制备工艺较简单、基体相与增强添加相能均匀混合的电触头材料。解决了目前常用的机械混粉或普通的熔渗工艺中，制备得到的触点组织不均匀、致密性较差等问题。
根据本发明的方法和材料包括以下优势：
（1）以金属钨的前驱体溶胶热处理得到的单质钨，易通过工艺参数调控来得到尺寸均一的纳米级单质钨。
（2）将金属微粉浸渍在金属钨的前驱体溶液中，金属钨的前驱体溶胶会在搅拌或超声分散的条件下，均匀包覆在金属微粉的表面，后经热处理工艺，三氧化钨还原成纳米钨单质，得到了纳米钨均匀包覆的金属粉体，实现了金属粉体与金属氧化物粉体的充分均匀混合。
（3）成本较低，制备工艺较简单。
参考具体实施例，尽管本发明已经在说明书和附图中进行了说明，但应当理解，在不脱离权利要求中所限定的本发明范围的情况下，所属技术领域人员可作出多种改变以及多种等同物可替代其中多种元素。而且，本文中具体实施例之间的技术特征、元素和/或功能的组合和搭配是清楚明晰的，因此根据这些所公开的内容，所属技术领域人员能够领会到实施例中的技术特征、元素和/或功能可以视情况被结合到另一个具体实施例中，除非上述内容有另外的描述。此外，根据本发明的教导，在不脱离本发明本质的范围，适应特殊的情形或材料可以作出许多改变。因此，本发明并不限于附图所图解的个别的具体实施例，以及说明书中所描述的作为目前为实施本发明所设想的最佳实施方式的具体实施例，而本发明意旨包括落入上述说明书和所附的权利要求范围内的所有的实施方式。

Claims (8)

1.一种包括钨金属的电触头材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）配制钨酸溶胶：称取钨酸钠用去离子水配制成溶液，向其中滴加盐酸，制备出钨酸溶胶；
（2）浸渍金属微粉：将金属微粉加入钨酸溶胶中，混合均匀，待反应0.5至24小时后，过滤、干燥得到固体粉末；
（3）热处理：将步骤（2）所得的固体粉末在还原性气氛下于600至900℃焙烧1至10小时，制备得到包括钨金属的电触头材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属微粉是Ag或Cu。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属微粉的质量百分数为10～90%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的还原性气氛是氢气、含氢混合气或氨气。
5.一种电触头材料，其包括金属微粉，通过将该金属微粉加入到配制好的钨酸溶胶中，混合均匀，待反应0.5至24小时后，过滤、干燥得到固体粉末；
所述钨酸溶胶是通过称取钨酸钠用去离子水配制成溶液，向其中滴加盐酸而制备的；
将所述固体粉末在还原性气氛下于600至900℃焙烧1至10小时，制备得到包括钨金属的电触头材料。
6.根据权利要求5所述的电触头材料，所述金属微粉是Ag或Cu。
7.根据权利要求5所述的电触头材料，所述金属微粉的质量百分数为10～90%。
8.根据权利要求5所述的电触头材料，所述的还原性气氛是氢气、含氢混合气或氨气。
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