CN110964941A - 复合炭材料银基电接触材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合炭材料银基电接触材料及其制备方法，属于银基电接触材料制备领域。银基电接触材料，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.05‑2％、Ti3AlC2 0.02‑0.5％，Cu 5‑10％，Pd 3‑9％，Ni 0.5‑2％，余量为银；其中，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2‑5:1组成。本发明的复合炭材料银基电接触材料，具有优异的力学性能和导电性能。

Description

复合炭材料银基电接触材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合炭材料银基电接触材料及其制备方法，属于银基电接触材料制备领域。
背景技术
电接触元件亦称触头或接点，在高、低压电器中起着接通、分断、导流和隔离电流的作用，是高低压电器的关键元件之一。电接触元件主要由电接触材料制成，电接触材料是影响开关电器触头系统工作可靠性的关键因素，它必须具有良好的导电、导热性及耐电弧烧损、抗熔焊、小的电磨损、低而稳定的接触电阻、电阻、不与使用介质起化学变化、有一定的强度和易于机械加工等通性。银是贵金属，具有很高的应用价值。银具有优良的导电性和导热性，使其成为目前电接触材料、钎焊材料及电子浆料发展不可缺少的原料。电接触复合材料是电工合金的关键功能材料，用于高低压开关触头，其性能直接影响到发电装备和输变电装备的技术水平。
银基电触头材料是广泛应用的电触头材料。银具有最高的导电率和热导率，其氧化物在很低的温度下分解，故基本上不存在氧化问题。但银太软，抗熔焊和耐电腐蚀性能差，还会发生极性转移。故在银中添加元素形成银合金，或银与金属，非金属氧化物形成假合金，可提高电触头材料的抗熔焊性和耐电腐蚀性。
Ag-C是一种常采用的电接触材料。虽然该材料可以增加触头的抗熔焊性，但是这种材料的硬度较低，电弧烧蚀量大。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有优异导电性能和力学性能的电接触材料。
复合炭材料银基电接触材料，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.05-2％、Ti3AlC2 0.02-0.5％，Cu 5-10％，Pd 3-9％，Ni 0.5-2％，余量为银；其中，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2-5:1组成。
优选的，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.1-0.5％、Ti3AlC2 0.4-0.5％，Cu6-8％，Pd 5-8％，Ni 1-1.5％，余量为银。
优选的，所述的复合炭材料银基电接触材料，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.3％、Ti3AlC2 0.4％，Cu 7％，Pd 6％，Ni 1％，余量为银。
优选的，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2.5:1组成。
本发明还提供所述的复合炭材料银基电接触材料的制备方法。
复合炭材料银基电接触材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将炭材料、Ti3AlC2、Cu、Pd、Ni和银，按照所述成分配比，进行球磨1-3小时，制得粉体；
b、将上述混合均匀的粉末进行真空热压烧结，其中，整个烧结过程保持炉内真空度低于1×10-2Pa。
优选的，步骤a中，球磨2小时。
优选的，步骤a中，所述的球磨机采用高能行星式球磨机，且所用料球为刚玉球，球料比为25:1。
优选的，步骤b中，烧结温度为800℃－900℃的条件下进行烧结，时间为2h－4h。
优选的，步骤b中，烧结温度为850℃的条件下进行烧结，时间为4h。
本发明的有益效果：
1、本发明制得的银基电接触材料，力学性能好、导电性能优异。
2、本发明的银基电接触材料，制备方法简单，适于工业化生产。
具体实施方式
复合炭材料银基电接触材料，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.05-2％、Ti3AlC2 0.02-0.5％，Cu 5-10％，Pd 3-9％，Ni 0.5-2％，余量为银；其中，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2-5:1组成。
由于石墨硬度较低，因此，在碳质材料中加入碳纳米管部分替代石墨，对材料进行改性，碳纳米管的加入有助于提高强度和耐腐蚀性。
由于Ti3AlC2具有高导热、高电导、高温稳定性好等优点，因此，在材料中掺杂Ti3AlC2可以提高银基电接触材料的导热性能。
Ni的添加，可以提高材料的抵抗电弧侵蚀能力，提高耐磨力。
Cu的添加，可以增加材料的抗电腐蚀性，提高触头的使用寿命和可靠性。
为了提高制得的银基电接触材料的综合性能，优选的，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.1-0.5％、Ti3AlC2 0.4-0.5％，Cu 6-8％，Pd 5-8％，Ni 1-1.5％，余量为银。
为了提高制得的银基电接触材料的综合性能，优选的，所述的复合炭材料银基电接触材料，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.3％、Ti3AlC2 0.4％，Cu 7％，Pd 6％，Ni1％，余量为银。
为了提高制得的银基电接触材料的综合性能，优选的，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2.5:1组成。
本发明还提供所述的复合炭材料银基电接触材料的制备方法。
复合炭材料银基电接触材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将炭材料、Ti3AlC2、Cu、Pd、Ni和银，按照所述成分配比，进行球磨1-3小时，制得粉体；
b、将上述混合均匀的粉末进行真空热压烧结，其中，整个烧结过程保持炉内真空度低于1×10-2Pa。
优选的，步骤a中，球磨2小时。
优选的，步骤a中，所述的球磨机采用高能行星式球磨机，且所用料球为刚玉球，球料比为25:1。本发明采用高能球磨，在高能球磨机产生的机械高能作用下，材料组织内部结构发生很大的变化。炭材料细化，其余金属之间产生互溶，使材料的整体性能从微观组织上得到提高和保证。
优选的，步骤b中，烧结温度为800℃－900℃的条件下进行烧结，时间为2h－4h。
优选的，步骤b中，烧结温度为850℃的条件下进行烧结，时间为4h。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
按以下重量百分比的组分组成取原料：炭材料0.3％、Ti3AlC2 0.4％，Cu 7％，Pd6％，Ni1％，余量为银；其中，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2.5:1组成。
复合炭材料银基电接触材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将炭材料、Ti3AlC2、Cu、Pd、Ni和银，按照所述成分配比，采用高能行星式球磨机进行球磨2小时，制得粉体；所述的球磨机采用高能行星式球磨机，且所用料球为刚玉球，球料比为25:1
b、将上述混合均匀的粉末进行真空热压烧结，得到银基电接触材料；其中，烧结温度为850℃，时间为3h。其中，整个烧结过程保持炉内真空度低于1×10-2Pa。
实施例2
按以下重量百分比的组分组成取原料：炭材料0.05％、Ti3AlC2 0.5％，Cu 5％，Pd9％，Ni 0.5％，余量为银；其中，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2:1组成。
复合炭材料银基电接触材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将炭材料、Ti3AlC2、Cu、Pd、Ni和银，按照所述成分配比，采用高能行星式球磨机进行球磨2小时，制得粉体；所述的球磨机采用高能行星式球磨机，且所用料球为刚玉球，球料比为25:1
b、将上述混合均匀的粉末进行真空热压烧结，得到银基电接触材料；其中，烧结温度为850℃，时间为3h。其中，整个烧结过程保持炉内真空度低于1×10-2Pa。
实施例3
按以下重量百分比的组分组成取原料：炭材料2％、Ti3AlC2 0.02％，Cu 10％，Pd3％，Ni2％，余量为银；其中，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比5:1组成。
复合炭材料银基电接触材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将炭材料、Ti3AlC2、Cu、Pd、Ni和银，按照所述成分配比，采用高能行星式球磨机进行球磨2小时，制得粉体；所述的球磨机采用高能行星式球磨机，且所用料球为刚玉球，球料比为25:1
b、将上述混合均匀的粉末进行真空热压烧结，得到银基电接触材料；其中，烧结温度为850℃，时间为3h。其中，整个烧结过程保持炉内真空度低于1×10-2Pa。
将上述实施例1-3制得的银接触材料进行性能检测，硬度HB＞70，电阻率＜3.6μΩ·cm。

Claims (9)

1.复合炭材料银基电接触材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.05-2％、Ti3AlC2 0.02-0.5％，Cu 5-10％，Pd 3-9％，Ni 0.5-2％，余量为银；其中，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2-5:1组成。
2.根据权利要求1所述的复合炭材料银基电接触材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.1-0.5％、Ti3AlC2 0.4-0.5％，Cu 6-8％，Pd 5-8％，Ni 1-1.5％，余量为银。
3.根据权利要求2所述的复合炭材料银基电接触材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：炭材料0.3％、Ti3AlC2 0.4％，Cu 7％，Pd 6％，Ni 1％，余量为银。
4.根据权利要求1所述的复合炭材料银基电接触材料，其特征在于，所述炭材料由石墨和碳纳米管按重量比2.5:1组成。
5.权利要求1-4任一项所述的复合炭材料银基电接触材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将炭材料、Ti3AlC2、Cu、Pd、Ni和银，按照所述成分配比，进行球磨1-3小时，制得粉体；
b、将上述混合均匀的粉末进行真空热压烧结，其中，整个烧结过程保持炉内真空度低于1×10-2Pa。
6.根据权利要求5所述的复合炭材料银基电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，球磨2小时。
7.根据权利要求5所述的复合炭材料银基电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述的球磨机采用高能行星式球磨机，且所用料球为刚玉球，球料比为25:1。
8.根据权利要求5所述的复合炭材料银基电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，烧结温度为800℃－900℃的条件下进行烧结，时间为2h－4h。
9.根据权利要求8所述的复合炭材料银基电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，烧结温度为850℃的条件下进行烧结，时间为4h。
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