CN105575684A - 一种银基电触头复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种银基电触头复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种银基电触头复合材料，以及这种材料的制备方法。银基电触头复合材料由重量0.5-3.0%的石墨烯和97.0-99.5%的银组成。其制备方法为：球磨混粉、热压烧结、塑性加工成型。本发明的银基电触头复合材料，银中添加适当比例的石墨烯纳米粉体，可显著提高材料的抗电弧侵蚀性。

Description

一种银基电触头复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电触头材料及其制备方法，尤其涉及一种银基电触头复合材料及制备方法。
背景技术
具有极好的抗熔焊性、低的接触电阻等性能的银/碳电触头材料已应用在低中负荷继电器及信号开关中，但是，由于其较低的机械强度、低的耐磨性及抗电弧侵蚀性限制了其更加广泛的应用。
中国专利文献号101763956A，公开（公告）日2010.06.30，公开了在银/石墨材料中通过添加金属陶瓷和稀土元素的方法提高其硬度及耐磨损性能。
中国专利文献号101707146A，公开（公告）日2010.05.12，公开了通过碳材料（金刚石、石墨、碳）沉积钨和银颗粒，解决了石墨与基体润湿性不良的问题，提高了硬度及耐电弧烧蚀性。
中国专利文献号101866761A，公开（公告）日2010.10.20，公开了通过专有挤压成型工艺制备出高性能银/石墨复合材料。
现有专利文献（公开号102385938A），公开了一种金属基石墨烯复合电接触材料及其制备方法,电接触材料,包含0.02-10wt.%的石墨烯,其余为金属基体材料。由于石墨烯增强相的加入,使该复合电接触材料具有比其他增强相复合电接触材料更好的导电、导热性能和更高的硬度,但耐电弧烧蚀性不好。因此电触头材料性能具有进一步提升的空间。
发明内容
本发明目的在于提供一种银基电触头复合材料，通过在银合金材料中加入石墨烯增强体，在不降低其导电性、导热性的同时，提高银的硬度、耐磨性和耐电弧侵蚀性。
同时本发明还提供了上述电触头材料的制备方法。
本发明为解决上述问题提出的技术方案：
一种银基电触头复合材料，其特征在于，由重量比为0.5-3.0%的石墨烯和97.0-99.5%的银组成，银的粒径为10-80微米。
优选地，石墨烯为N层，N为1-10。
上述银基电触头复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）石墨烯和银装入球磨机球磨，制成石墨烯和银混合均匀的粉末。球磨机工作状态为：采用氧化铝球墨罐和玛瑙球，球料比3:1，抽真空，充入纯度为99.99%氩气，转速150-250r/min，顺时针、逆时针交替运行，球磨10-15分钟，停止5分钟，混粉时间为4-8小时。
（2）将步骤（1）混合后的粉末热压烧结，烧结压力30-50MPa，温度700-900℃，保温时间2-4小时，优选温度880℃。
（3）塑性加工成型，采用挤压方式，温度300-500℃，挤压比50：1-200：1，制成银基电触头复合材料。
本发明的有益成果是：
（1）银基电触头复合材料，银的颗粒细化，提高电触头材料的致密性；在银中添加适当比例的石墨烯纳米粉体，可显著提高材料的抗电弧侵蚀性。
（2）热压烧结，制备大尺寸电触头材料，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
实施例1
（1）将1-10层石墨烯与80微米银粉按0.5:99.5的重量比装入球磨机中，采用氧化铝球墨罐和玛瑙球，球料比3:1。球磨罐先抽真空再通入99.99%的氩气保护，转速150r/min，球磨混粉过程中，顺时针球磨15分钟，停止5分钟，逆时针球磨15分钟，停止5分钟，依此交替工作，球磨时间4小时，获得石墨烯和银均匀混合的粉末。
（2）将步骤（1）混合后粉末热压烧结，压力50MPa，烧结温度700℃，保温时间4小时。
（3）挤压加工，温度300℃，挤压比50：1，制成银基电触头复合材料。
实施例2
（1）将1-10层石墨烯与10微米银粉按3.0:97.0的重量比装入球磨机中，采用氧化铝球墨罐和玛瑙球，球料比3:1。球磨罐先抽真空再通入99.99%的氩气保护，转速250r/min，球磨混粉过程中，顺时针球磨10分钟，停止5分钟，逆时针球磨10分钟，停止5分钟，依此交替工作，球磨时间8小时，获得石墨烯和银均匀混合的粉末。
（2）将步骤（1）混合后粉末热压烧结，压力30MPa，烧结温度900℃，保温时间2小时。
（3）挤压加工，温度500℃，挤压比200：1，制成银基电触头复合材料。
实施例3
（1）将1-10层石墨烯与40微米银粉按1.0:99.0的重量比装入球磨机中，采用氧化铝球墨罐和玛瑙球，球料比3:1。球磨罐先抽真空再通入99.99%的氩气保护，转速200r/min，球磨混粉过程中，顺时针球磨10分钟，停止5分钟，逆时针球磨10分钟，停止5分钟，依此交替工作，球磨时间4小时，获得石墨烯和银均匀混合的粉末。
（2）将步骤（1）混合后粉末热压烧结，压力30MPa,烧结温度880℃，保温时间2小时。
（3）挤压加工，温度450℃，挤压比100：1，制成银基电触头复合材料。
对比例1
将石墨烯与银粉按重量比为0.2:99.8装入球磨机混粉，其它参数同实施例3，制成银基电触头材料。
对比例2
将石墨烯与银粉按重量比为10.0:90.0装入球磨机混粉，其它参数同实施例3，制成银基电触头材料。
制成的复合材料各项参数如下表：
在10-80微米银中加入不同比例的石墨烯，制成的电触头材料性能不同。重量比为0.5-3.0%时，电触头的硬度比对比例的硬度明显提高。在快速试验开关实验中，在加大电压和电流的情况下，加入石墨烯的量在0.5-3.0%时，在相同的分断次数内产生较小烧损。

Claims (6)

1.一种银基电触头复合材料，其特征在于，由重量比为0.5-3.0%的石墨烯和97.0-99.5%的银组成，银的粒径为10-80微米。
2.根据权利要求1所述的一种银基电触头复合材料，其特征在于，石墨烯为N层，N为1-10。
3.根据权利要求1所述的银基电触头复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）石墨烯和银装入球磨机球磨，制成石墨烯和银混合均匀的粉末；
（2）将步骤（1）混合后的粉末热压烧结；
（3）塑性加工成型，制成银基电触头复合材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中球磨机工作状态为：采用氧化铝球墨罐和玛瑙球，球料比3:1，抽真空，充入纯度为99.99%氩气，转速150-250r/min，顺时针、逆时针交替运行，球磨10-15分钟，停止5分钟，混粉时间为4-8小时。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中热压烧结压力30-50MPa，温度700-900℃，保温时间2-4小时，优选温度880℃。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中采用挤压塑性成形，温度300-500℃，挤压比50：1-200：1。
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