CN111349841B - Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料及其制备方法和用途 - Google Patents

Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料及其制备方法和用途，属于合金领域。上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料由下述重量配比的原料制备而成：碳氮化钛20～38份，硼化钛13～20份，锡3～17份，铜18～45份，润滑剂和/或粘接剂1～2份。电接触材料是将原料混匀后于15～20MPa的压力下压制成型，然后在真空烧结炉中烧结1～2小时得到的。本发明Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的抗弯强度明显提高，同时能够保持高致密度。并且本发明材料的制备工艺简单，烧结温度低，对设备的要求低，消耗的能量低，降低了制备成本，适合工业化大规模生产。

Description

Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于合金领域，具体涉及一种Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料及其制备方法和用途。
背景技术
电接触材料是电工材料的重要组成部分，以其为材料制备的电触头是仪器仪表、电器开关中非常重要的接触元件，在输配电系统、电器系统等中起着对电路进行分断和接通的作用。电触头及其材料性能的好坏对整个系统的安全、稳定运行起着至关重要的作用。近年来，电接触材料的研究和开发受到越来越多的重视。电触头在开闭过程中产生的现象极其复杂，影响因素较多，理想的电触头材料必须具备良好的物理性能、力学性能、电接触性能、化学性能及其加工制造性能等，其主要研究目标是实现电接触材料高的电导率、热导率，良好的力学性能，高的可靠性及长的使用寿命等整体性能的综合优化。
目前常用的电接触材料主要是铜合金和银合金，因为银的导电性很好，通常作为电接触材料的首选，然而因为银的价格较高，所以限制了其在很多场合的使用。而铜基复合材料如 Cu-MoS2或者Cu-石墨等作为常用的电接触复合材料在使用过程中存在较多的问题，石墨在真空中磨损率较高，而作为固体润滑剂的MoS2虽然具有较低的摩擦系数，但其导电性能差。
CN103981418A公开了一种TiC/TiB2/Al/Cu电触头材料及其制备方法。该材料由以下重量配比的原料制备而成：碳化钛28～40份，硼化钛10～20份，铝10～22份，铜20～54份，粘接剂1～3份，该材料降低了Cu的用量，增加了强化相碳化钛及硼化钛的含量，改善了碳化钛与铜的润湿性，致密度高，接触电阻低，抗熔焊性好、硬度高，但是该材料的抗弯强度低，并且制备该材料的烧结温度高，导致制备成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有铜基电接触材料成本高、抗弯强度差等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案是提供了一种Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料，由下述重量配比的原料制备而成：碳氮化钛20～38份，硼化钛13～20份，锡3～17份，铜18～45 份，润滑剂和/或粘接剂1～2份。
进一步地，上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料，由下述重量配比的原料制备而成：碳氮化钛25～35份，硼化钛15～17份，锡5～14份，铜20～40份，润滑剂和/或粘接剂1～1.5份。
进一步地，上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料，所述润滑剂为石墨、二硫化钼或氮化硼。
进一步地，上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料，所述粘接剂为聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇。
进一步地，上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料，原料中固体的粒度为1.5～2μm。
本发明还提供了上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，将原料混匀后于 15～20MPa的压力下压制成型，然后在真空烧结炉中烧结1～2小时，即得Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu 电接触材料。
进一步地，上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，所述真空烧结炉中的真空度为9×10-3～10×10-3Pa。
进一步地，上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，所述真空烧结炉的烧结温度为180～280℃。
本发明还提供了上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料在制备电触头中的用途。
本发明还提供了上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料制备的电触头。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的抗弯强度明显提高，同时能够保持高致密度。并且本发明材料的制备工艺简单，烧结温度低，对设备的要求低，消耗的能量低，降低了制备成本，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
本发明Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料，由下述重量配比的原料制备而成：碳氮化钛20～38 份，硼化钛13～20份，锡3～17份，铜18～45份，润滑剂和/或粘接剂1～2份。
优选地，上述材料由下述重量配比的原料制备而成：碳氮化钛25～35份，硼化钛15～17 份，锡5～14份，铜20～40份，润滑剂和/或粘接剂1～1.5份。
其中，润滑剂为石墨、二硫化钼或氮化硼；粘接剂为聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇。
碳氮化钛具有较高的强度以及硬度，由其制备的电接触材料具有较好的强度和硬度，但是碳氮化钛与铜的润湿性不好，容易形成孔隙，会降低电接触材料的各项性能指标。但是本申请的发明人意外地发现：加入锡后，锡可与铜形成少量的CuSn中间合金，这种中间合金对碳氮化钛的润湿性要远好于铜；同时，锡也会与碳氮化钛发生扩散反应，生成少量的Ti-Sn-C-N化合物，进一步增强了粘结相对于基体的润湿性，减少烧结过程中的气孔率，增加致密度，使得电接触材料能够在具有高强度的情况下保持优良的致密度，具有优异的综合性能。
如果原料粒度过大，则颗粒表面活性较差，不利于烧结过程，需要延长烧结时间，增加成本；如粒度过小，则会在压制过程中导致气孔率增大，不利于材料的致密化。为避免上述问题，本发明中所涉及的原料粒度优选为1.5～2μm。
本发明还提供了上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，将原料混匀后于 15～20MPa的压力下压制成型，然后在真空烧结炉中烧结1～2小时，即得Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu 电接触材料。
本领域技术人员可以理解的是，在工业生产中以及本发明所述的真空条件下并不是完全的真空，也有一定的压强，只是压强较小。优选地，上述方法的真空烧结炉中的真空度为9 ×10-3～10×10-3Pa。
优选地，上述方法中真空烧结炉的烧结温度为180～280℃。
本发明还提供了上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料在制备电触头中的用途。
本发明还提供了上述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料制备的电触头。
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
将2.5g碳氮化钛粉、1.5g硼化钛粉、0.5g锡粉、4g铜粉及0.1g石墨粉混匀，然后在20MPa 的压力下压制成型，取出压块放进真空烧结炉中烧结，炉中的真空度为9.5×10-3Pa，烧结温度280℃，保温2小时，得到Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料。测得所得Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu 电接触材料制备的性能，结果如表1所示。
实施例2
将3g碳化钛粉、1.7g硼化钛粉、0.8g锡粉、2.1g铜粉及0.15g石墨粉混匀，然后在18MPa 压力下压制成型，取出压块放进真空烧结炉中烧结，炉中的真空度为9.8×10-3Pa，烧结温度为180℃，保温2h，得到Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料。测得所得Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料制备的性能，结果如表1所示。
实施例3
将3.5g碳化钛粉、1.7g硼化钛粉、1.4g锡粉、2g铜粉及0.1g聚乙二醇混匀，然后在15MPa 压力下压制成型，取出压块放进真空烧结炉中烧结，炉中的真空度为9×10-3Pa，烧结温度为 200℃，保温1h，得到Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料。测得所得Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料制备的性能，结果如表1所示。
表1本发明Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料性能测试结果
Figure BDA0001918094110000031
Figure BDA0001918094110000041
从表1中可以看出，本发明的电接触材料在具有较高抗弯强度下还保持有较高的密度，具有优异的综合性能。

Claims (5)

1.Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，其特征在于：将原料混匀后于15～20MPa的压力下压制成型，然后在真空烧结炉中烧结1～2小时，即得Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料；
所述Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料，由下述重量配比的原料制备而成：碳氮化钛20～38份，硼化钛13～20份，锡3～17份，铜18～45份，润滑剂和/或粘接剂1～2份；
所述真空烧结炉中的真空度为9×10-3～10×10-3Pa；
所述真空烧结炉的烧结温度为180～280℃。
2.根据权利要求1所述的Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，其特征在于：由下述重量配比的原料制备而成：碳氮化钛25～35份，硼化钛15～17份，锡5～14份，铜20～40份，润滑剂或粘接剂1～1.5份。
3.根据权利要求1或2所述的Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为石墨、二硫化钼或氮化硼。
4.根据权利要求1或2所述的Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，其特征在于：所述粘接剂为聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇。
5.根据权利要求1或2所述的Ti(C,N)/TiB2/Sn/Cu电接触材料的制备方法，其特征在于：原料中固体的粒度为1.5～2μm。
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