CN106098421A - 一种强电气性能的复合电器触头材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强电气性能的复合电器触头材料及其制备方法，属于触头材料制备技术领域。本发明首先将硝酸锌与硬脂酸钠、氨水等物质进行搅拌反应，静置陈化，得到氢氧化锌凝胶，再对其进行煅烧，得到纳米氧化锌粉末，接着将氯化铜、六水氯化镍等物质进行超声振荡后，添加纳米氧化锌、柠檬酸等物质混合反应，过滤，得到滤渣，将其洗净和干燥后，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，再将硝酸银、聚乙烯醇等物质进行反应，过滤，将得到的滤渣与包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，石墨粉等物质进行混合球磨，压制和烧结即可。本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料在使用过程中不易团聚，降低接触电阻率，电阻率低于2.25μΩ·cm，且抗拉强度高于350MPa以上。

Description

一种强电气性能的复合电器触头材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种强电气性能的复合电器触头材料及其制备方法，属于触头材料制备技术领域。

背景技术

电触头简称触头或触点，是电器开关、仪器仪表等的接触元件，承担着接通、承载和分断电路及负载电流的作用，是所有电力电子线路中必不可少的一个环节，其性能直接影响着开关电器的安全可靠运行，对电器的使用寿命和可靠性起着决定性的作用。一般分强电用触头材料和弱电用触头材料两种。根据使用对象的不同，对触头材料提出不同的要求。这些要求与触头的工作条件和在操作过程中产生的各种物理现象有关。电触头作为中高压开关设备中的核心部件，起着开断、导通的作用，广泛应用于各种高压负荷开关、SF6断路器、有载分接开关以及大开断容量隔离开关和接地开关中。

目前常用的电触头材料主要是Ag/SnO₂，其具备优越的抗熔焊、耐电弧侵蚀性能及耐磨性能，但是Ag/SnO₂电触头材料也有不足之处，其中安装在交流接触器上的Ag/SnO₂在烧蚀表面容易聚集，导致触头表面接触电阻大，温度升高，降低了触头的电接触性能，且Ag和SnO₂之间的湿润性差，在制备过程中容易出现团聚现象，导致触头材料的综合性能降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对安装在交流接触器上的Ag/SnO₂电触头材料，在烧蚀表面容易聚集，导致触头表面接触电阻大，温度升高，降低了触头的电接触性能，本发明首先将硝酸锌与硬脂酸钠、氨水等物质进行搅拌反应，冷却并静置陈化，得到氢氧化锌凝胶，再对其进行煅烧，得到纳米氧化锌粉末，接着将氯化铜、六水氯化镍等物质进行超声振荡后，添加纳米氧化锌、柠檬酸等物质混合反应，过滤，得到滤渣，将其洗净和干燥后，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，接着将硝酸银、聚乙烯醇等物质进行反应，过滤，将得到的滤渣与包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，石墨粉等物质进行混合球磨，压制和烧结，即可得到强电气性能的复合电器触头材料。本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料在使用过程中不易团聚，降低了其接触电阻率，从而提高了触头的电气性能，适合工业大规模生产使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）称取10～20g硝酸锌加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制温度在60～70℃，再依次加入100～200mL无水乙醇、3～5g硬脂酸钠，搅拌反应2～3h后，加入50～60mL质量浓度为25～28%氨水，搅拌反应2～3h，停止搅拌，使其自然冷却至室温，并静置陈化6～8h，得到氢氧化锌凝胶，将氢氧化锌凝胶置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，然后再置于马弗炉中煅烧，在500～600℃煅烧5～6h，然后自然冷却至室温，得到纳米氧化锌粉末；

（2）依次称取3～5g氯化铜、8～10g六水氯化镍加入到烧杯中，再加入100～200mL去离子水，将烧杯置于超声振荡仪中，超声振荡10～20min，再依次加入2～4g柠檬酸、6～8g硼氢化钠、上述制备的纳米氧化锌粉末，振荡反应40～50min后，将反应物过滤，得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，将洗净的滤渣置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，备用；

（3）称取30～40g硝酸银加入到烧杯中，向烧杯中依次加入100～200mL去离子水、3～5g聚乙烯醇，搅拌10～20min，再依次加入3～5g碳化钨，10～20g锌粉，搅拌反应1～2h，过滤，得到滤渣；

（4）将上述滤渣加入到混料器中，并依次加入步骤（2）制备的包覆有氧化锌的纳米CuNi合金、2～4g石墨粉，混合2～3h，将混合物加入到球磨机中球磨处理3～4h，将球磨后的粉末在20～30MPa下压制成型，然后在真空下于800～900℃烧结4～5h，再自然冷却至室温，得到一种强电气性能的复合电器触头材料。

本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料电阻率低于2.25μΩ·cm，硬度达到927MPa以上，抗拉强度高于350MPa以上。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料其在制备过程中不易团聚，降低了其接触电阻率，电阻率低于2.25μΩ·cm，提高了其电气性能；

（2）本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料强度高，抗拉强度高于350MPa以上；

（3）本发明制备工艺路线简单，材料利用率高，适合大批量生产。

具体实施方式

首先称取10～20g硝酸锌加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制温度在60～70℃，再依次加入100～200mL无水乙醇、3～5g硬脂酸钠，搅拌反应2～3h后，加入50～60mL质量浓度为25～28%氨水，搅拌反应2～3h，停止搅拌，使其自然冷却至室温，并静置陈化6～8h，得到氢氧化锌凝胶，将氢氧化锌凝胶置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，然后再置于马弗炉中煅烧，在500～600℃煅烧5～6h，然后自然冷却至室温，得到纳米氧化锌粉末；再依次称取3～5g氯化铜、8～10g六水氯化镍加入到烧杯中，再加入100～200mL去离子水，将烧杯置于超声振荡仪中，超声振荡10～20min，再依次加入2～4g柠檬酸、6～8g硼氢化钠、上述制备的纳米氧化锌粉末，振荡反应40～50min后，将反应物过滤，得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，将洗净的滤渣置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，备用；

接着称取30～40g硝酸银加入到烧杯中，向烧杯中依次加入100～200mL去离子水、3～5g聚乙烯醇，搅拌10～20min，再依次加入3～5g碳化钨，10～20g锌粉，搅拌反应1～2h，过滤，得到滤渣；最后将上述滤渣加入到混料器中，并依次加入制备的包覆有氧化锌的纳米CuNi合金、2～4g石墨粉，混合2～3h，将混合物加入到球磨机中球磨处理3～4h，将球磨后的粉末在20～30MPa下压制成型，然后在真空下于800～900℃烧结4～5h，再自然冷却至室温，得到一种强电气性能的复合电器触头材料。

实例1

首先称取20g硝酸锌加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制温度在70℃，再依次加入200mL无水乙醇、5g硬脂酸钠，搅拌反应3h后，加入60mL质量浓度为28%氨水，搅拌反应3h，停止搅拌，使其自然冷却至室温，并静置陈化8h，得到氢氧化锌凝胶，将氢氧化锌凝胶置于105℃烘箱内干燥4h，然后再置于马弗炉中煅烧，在600℃煅烧6h，然后自然冷却至室温，得到纳米氧化锌粉末；再依次称取5g氯化铜、10g六水氯化镍加入到烧杯中，再加入200mL去离子水，将烧杯置于超声振荡仪中，超声振荡20min，再依次加入4g柠檬酸、8g硼氢化钠、上述制备的纳米氧化锌粉末，振荡反应50min后，将反应物过滤，得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3次，将洗净的滤渣置于105℃烘箱内干燥4h，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，备用；接着称取40g硝酸银加入到烧杯中，向烧杯中依次加入200mL去离子水、5g聚乙烯醇，搅拌20min，再依次加入5g碳化钨，20g锌粉，搅拌反应2h，过滤，得到滤渣；最后将上述滤渣加入到混料器中，并依次加入制备的包覆有氧化锌的纳米CuNi合金、4g石墨粉，混合3h，将混合物加入到球磨机中球磨处理4h，将球磨后的粉末在30MPa下压制成型，然后在真空下于900℃烧结5h，再自然冷却至室温，得到一种强电气性能的复合电器触头材料。经检测，本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料电阻率为2.15μΩ·cm，硬度达到931MPa，抗拉强度为355MPa。

实例2

首先称取10g硝酸锌加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制温度在60℃，再依次加入100mL无水乙醇、3g硬脂酸钠，搅拌反应2h后，加入50mL质量浓度为25%氨水，搅拌反应2h，停止搅拌，使其自然冷却至室温，并静置陈化6h，得到氢氧化锌凝胶，将氢氧化锌凝胶置于95℃烘箱内干燥3h，然后再置于马弗炉中煅烧，在500℃煅烧5h，然后自然冷却至室温，得到纳米氧化锌粉末；再依次称取3g氯化铜、8g六水氯化镍加入到烧杯中，再加入100mL去离子水，将烧杯置于超声振荡仪中，超声振荡10min，再依次加入2g柠檬酸、6g硼氢化钠、上述制备的纳米氧化锌粉末，振荡反应40min后，将反应物过滤，得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣4次，将洗净的滤渣置于95℃烘箱内干燥3h，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，备用；接着称取30g硝酸银加入到烧杯中，向烧杯中依次加入100mL去离子水、3g聚乙烯醇，搅拌10min，再依次加入3g碳化钨，10g锌粉，搅拌反应1h，过滤，得到滤渣；最后将上述滤渣加入到混料器中，并依次加入制备的包覆有氧化锌的纳米CuNi合金、2g石墨粉，混合2h，将混合物加入到球磨机中球磨处理3h，将球磨后的粉末在20MPa下压制成型，然后在真空下于800℃烧结4h，再自然冷却至室温，得到一种强电气性能的复合电器触头材料。经检测，本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料电阻率为2.05μΩ·cm，硬度达到935MPa，抗拉强度为365MPa。

实例3

首先称取15g硝酸锌加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制温度在65℃，再依次加入150mL无水乙醇、4g硬脂酸钠，搅拌反应2h后，加入55mL质量浓度为27%氨水，搅拌反应2h，停止搅拌，使其自然冷却至室温，并静置陈化7h，得到氢氧化锌凝胶，将氢氧化锌凝胶置于100℃烘箱内干燥3h，然后再置于马弗炉中煅烧，在550℃煅烧6h，然后自然冷却至室温，得到纳米氧化锌粉末；再依次称取4g氯化铜、9g六水氯化镍加入到烧杯中，再加入150mL去离子水，将烧杯置于超声振荡仪中，超声振荡15min，再依次加入3g柠檬酸、7g硼氢化钠、上述制备的纳米氧化锌粉末，振荡反应45min后，将反应物过滤，得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣5次，将洗净的滤渣置于100℃烘箱内干燥3h，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，备用；接着称取35g硝酸银加入到烧杯中，向烧杯中依次加入150mL去离子水、4g聚乙烯醇，搅拌15min，再依次加入4g碳化钨，15g锌粉，搅拌反应1h，过滤，得到滤渣；最后将上述滤渣加入到混料器中，并依次加入制备的包覆有氧化锌的纳米CuNi合金、3g石墨粉，混合3h，将混合物加入到球磨机中球磨处理4h，将球磨后的粉末在25MPa下压制成型，然后在真空下于850℃烧结4h，再自然冷却至室温，得到一种强电气性能的复合电器触头材料。本发明制备的强电气性能的复合电器触头材料电阻率为2.12μΩ·cm，硬度达到940MPa，抗拉强度为362MPa。

Claims (1)

1.一种强电气性能的复合电器触头材料及其制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取10～20g硝酸锌加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制温度在60～70℃，再依次加入100～200mL无水乙醇、3～5g硬脂酸钠，搅拌反应2～3h后，加入50～60mL质量浓度为25～28%氨水，搅拌反应2～3h，停止搅拌，使其自然冷却至室温，并静置陈化6～8h，得到氢氧化锌凝胶，将氢氧化锌凝胶置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，然后再置于马弗炉中煅烧，在500～600℃煅烧5～6h，然后自然冷却至室温，得到纳米氧化锌粉末；

（2）依次称取3～5g氯化铜、8～10g六水氯化镍加入到烧杯中，再加入100～200mL去离子水，将烧杯置于超声振荡仪中，超声振荡10～20min，再依次加入2～4g柠檬酸、6～8g硼氢化钠、上述制备的纳米氧化锌粉末，振荡反应40～50min后，将反应物过滤，得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，将洗净的滤渣置于95～105℃烘箱内干燥3～4h，得到包覆有氧化锌的纳米CuNi合金，备用；

（3）称取30～40g硝酸银加入到烧杯中，向烧杯中依次加入100～200mL去离子水、3～5g聚乙烯醇，搅拌10～20min，再依次加入3～5g碳化钨，10～20g锌粉，搅拌反应1～2h，过滤，得到滤渣；

（4）将上述滤渣加入到混料器中，并依次加入步骤（2）制备的包覆有氧化锌的纳米CuNi合金、2～4g石墨粉，混合2～3h，将混合物加入到球磨机中球磨处理3～4h，将球磨后的粉末在20～30MPa下压制成型，然后在真空下于800～900℃烧结4～5h，再自然冷却至室温，得到一种强电气性能的复合电器触头材料。