CN112030081A - 一种电接触材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电接触材料及其制备方法，属于混凝土制备技术领域。本发明首先通过冰劈作用将石墨细化并产生内部微孔，增加石墨内部孔隙率，再通过爆破处理，形成纤维状石墨粉，利用多巴胺在水中氧化自聚形成聚多巴胺吸附在石墨纤维内部以及表面的孔隙中，并利用聚多巴胺的螯合性将锌离子螯合，接着通过沼液中的微生物将有机羧酸降解，锌离子得以重新裸露，裸露的锌离子将硫酸铜溶液中的铜离子置换出来，从而使得纤维石墨的内部以及表面孔隙中同时负载铜锌，而铜锌和银之间具有无限相容特性，提高相容性，并且在超声波和电磁场的作用下，石墨以纤维状态定向排布在银基体中，使得最终制得电接触材料耐磨性能得到成倍提高。

Description

一种电接触材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电接触材料及其制备方法，属于混凝土制备技术领域。

背景技术

目前，电接触材料用做电器开关、仪器仪表等触头材料，担负着接通与分断电流的任务，因此，其性能优劣直接影响着电器开关和仪器仪表的可靠运行和使用寿命。电触头在开闭过程中产生的现象极其复杂，影响因素较多，理想的电接触材料必须具备良好的物理性能、电接触性能、加工制造性能等。

Ag-C触头材料的特点是导电性能和抗熔焊性能好，接触电阻低，即使在短路电流下也不会熔焊。但是电弧侵蚀速率较高，电磨损大，灭弧能力差。Ag-C类材料的接触特性与石墨颗粒在银基体中的分布状态有很大关系。过去的制造方法是混粉法，但是制得的电接触材料耐磨损性不佳。

随着工业化的快速发展和电子产品的更新换代，对电接触材料的研究开发提出了越来越高的要求。因此发明一种具有较好耐磨损性能的Ag-C电接触材料对电学材料制备技术领域具有积极的意义。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种电接触材料及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种混凝土外加剂及其制备方法。一种电接触材料，是由银粉和自制填料以及电气石粉末制成，

所述自制填料是由沼液和硫酸铜溶液、改性多孔爆破石墨纤维以及硝酸锌溶液混合制备得到；

所述改性多孔爆破石墨纤维是由多孔爆破石墨纤维和多巴胺溶液反应制得的；

所述多孔爆破石墨纤维是由石墨制成的。

一种电接触材料，具体制备步骤为：

(1)称取石墨研磨，和水混合超声分散处理，过滤，分离得到滤渣，用液氮喷淋冷冻干燥，得到预处理石墨；

(2)将预处理石墨进行蒸汽爆破，得到多孔爆破石墨纤维；

(3)将上述得到多孔爆破石墨纤维和多巴胺溶液混合，超声震荡浸渍，得到改性多孔爆破石墨纤维；

(4)将沼液和硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用硝酸锌溶液浸泡后取出，再用混合液二次浸泡，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；

(5)称取银粉和自制填料和电气石粉末，混合均匀后装入模具中，混合，施加外加磁场，继续处理后烧结出料，脱模，即得银基电接触材料。

进一步的，具体制备步骤为：

(1)称取石墨放入研钵中研磨，得到细化石墨，将细化石墨和水混合后用超声分散仪超声分散处理，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；

(2)将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，保压处理，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；

(3)将上述得到多孔爆破石墨纤维和多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，超声震荡浸渍，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；

(4)将沼液和硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用硝酸锌溶液浸泡后取出，再用混合液二次浸泡，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；

(5)按重量份数计，称取银粉和自制填料和500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射超声波，在超声作用下混合，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个外加磁场，继续处理后将模具移入高温烧结炉中，加热升温，保温烧结出料，脱模，即得银基电接触材料。

进一步的，具体制备步骤为：

(1)称取石墨放入研钵中研磨20～30min，得到细化石墨，将细化石墨和水按质量比为1:5混合后用超声分散仪以30～40kHz的频率超声分散处理10～15h，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣3～5min，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；

(2)将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，直至爆破罐内压力达到0.9～1.0MPa，保压处理2～3min，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；

(3)将上述得到多孔爆破石墨纤维和质量浓度为0.5mg/L的多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，以35～45kHz的频率超声震荡浸渍1～2h，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；

(4)按质量比为1:5将沼液和质量分数为30％硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用质量分数为35％的硝酸锌溶液浸泡2～3h后取出，再用混合液二次浸泡3～5天，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；

(5)按重量份数计，称取90～92份银粉和8～10份自制填料和1～2份500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射频率为30～40kHz的超声波，在超声作用下混合1～2h，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个磁感应强度为2500～2800Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场，继续处理1～2h后将模具移入高温烧结炉中，加热升温至1000～1100℃，保温烧结1～2h后出料，脱模，即得银基电接触材料。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明首先通过冰劈作用将石墨细化并产生内部微孔，增加石墨内部孔隙率，再通过爆破处理，在加压和瞬间释压过程中石墨内部产生压力差，使得石墨内部形成由内向外冲击的高压气流，在该高压气流的作用下，石墨的薄弱裂纹部分被破坏，形成纤维状石墨粉，利用多巴胺在水中氧化自聚形成聚多巴胺吸附在石墨纤维内部以及表面的孔隙中，并利用聚多巴胺的螯合性将锌离子螯合，接着通过沼液中的微生物将有机羧酸降解，锌离子得以重新裸露，裸露的锌离子将硫酸铜溶液中的铜离子置换出来，从而使得纤维石墨的内部以及表面孔隙中同时负载铜锌，而铜锌和银之间具有无限相容特性，因此负载铜锌后的石墨与银基体的相容性得到提高，并且在超声波和电磁场的作用下，石墨以纤维状态定向排布在银基体中，使得最终制得电接触材料耐磨性能得到成倍提高；

(2)本发明还向银基体中添加了稀土矿石粉末，在高温条件下，稀土元素形成的熔点较高的氧化物和化合物，分散在银熔液中，提高了银熔液的粘度，能有效防止银基电接触材料在电弧的作用下产生飞溅，减小了电接触材料的损失，提高了材料抵抗电弧侵蚀的能力，银和稀土元素形成的合金在电弧热的作用下分解，消耗能量，抑制了材料的温升过高，保护材料受电弧的侵蚀，使银基电接触材料的耐磨损性能进一步得到大幅提升，具有广阔的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

称取石墨放入研钵中研磨20～30min，得到细化石墨，将细化石墨和水按质量比为1:5混合后用超声分散仪以30～40kHz的频率超声分散处理10～15h，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣3～5min，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，直至爆破罐内压力达到0.9～1.0MPa，保压处理2～3min，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；将上述得到多孔爆破石墨纤维和质量浓度为0.5mg/L的多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，以35～45kHz的频率超声震荡浸渍1～2h，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；按质量比为1:5将沼液和质量分数为30％硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用质量分数为35％的硝酸锌溶液浸泡2～3h后取出，再用混合液二次浸泡3～5天，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；按重量份数计，称取90～92份银粉和8～10份自制填料和1～2份500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射频率为30～40kHz的超声波，在超声作用下混合1～2h，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个磁感应强度为2500～2800Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场，继续处理1～2h后将模具移入高温烧结炉中，加热升温至1000～1100℃，保温烧结1～2h后出料，脱模，即得银基电接触材料。

实例1

称取石墨放入研钵中研磨20min，得到细化石墨，将细化石墨和水按质量比为1:5混合后用超声分散仪以30kHz的频率超声分散处理10h，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣3min，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，直至爆破罐内压力达到0.9MPa，保压处理2min，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；将上述得到多孔爆破石墨纤维和质量浓度为0.5mg/L的多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，以35kHz的频率超声震荡浸渍1h，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；按质量比为1:5将沼液和质量分数为30％硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用质量分数为35％的硝酸锌溶液浸泡2h后取出，再用混合液二次浸泡3天，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；按重量份数计，称取90份银粉和8份自制填料和1份500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射频率为30kHz的超声波，在超声作用下混合1h，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个磁感应强度为2500Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场，继续处理1h后将模具移入高温烧结炉中，加热升温至1000℃，保温烧结1h后出料，脱模，即得银基电接触材料。

实例2

称取石墨放入研钵中研磨25min，得到细化石墨，将细化石墨和水按质量比为1:5混合后用超声分散仪以35kHz的频率超声分散处理13h，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣4min，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，直至爆破罐内压力达到0.9MPa，保压处理3min，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；将上述得到多孔爆破石墨纤维和质量浓度为0.5mg/L的多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，以40kHz的频率超声震荡浸渍2h，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；按质量比为1:5将沼液和质量分数为30％硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用质量分数为35％的硝酸锌溶液浸泡3h后取出，再用混合液二次浸泡4天，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；按重量份数计，称取91份银粉和9份自制填料和2份500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射频率为35kHz的超声波，在超声作用下混合2h，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个磁感应强度为2650Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场，继续处理2h后将模具移入高温烧结炉中，加热升温至1050℃，保温烧结2h后出料，脱模，即得银基电接触材料。

实例3

称取石墨放入研钵中研磨30min，得到细化石墨，将细化石墨和水按质量比为1:5混合后用超声分散仪以40kHz的频率超声分散处理15h，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣5min，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，直至爆破罐内压力达到1.0MPa，保压处理3min，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；将上述得到多孔爆破石墨纤维和质量浓度为0.5mg/L的多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，以45kHz的频率超声震荡浸渍2h，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；按质量比为1:5将沼液和质量分数为30％硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用质量分数为35％的硝酸锌溶液浸泡3h后取出，再用混合液二次浸泡5天，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；按重量份数计，称取92份银粉和10份自制填料和2份500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射频率为40kHz的超声波，在超声作用下混合2h，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个磁感应强度为2800Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场，继续处理2h后将模具移入高温烧结炉中，加热升温至1100℃，保温烧结2h后出料，脱模，即得银基电接触材料。

对照例

以广东省某公司生产的银基电接触材料作为对照例

对本发明制得的银基电接触材料和对照例中的银基电接触材料进行摩擦磨损性能测试；

测试方法：利用摩擦磨损实验机进行，摩擦磨损实验在大气条件下进行，作用在复合材料上的压力为10N，对磨环的转速保持在30r/min。通过电接触材料的电流由DF173OSL60A型直流稳压电源供给，直流稳压电源电流调节范围为0-60A，电压调节范围为0-30V，每隔12h用电子天平测量电接触材料的磨损量，检测结果如表1所示：

表1

由上表中检测数据可以看出，本发明制得的银基电接触材料具有极佳的耐磨损性能，应用前景广阔。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电接触材料，是由银粉和自制填料以及电气石粉末制成，其特征在于：

所述自制填料是由沼液和硫酸铜溶液、改性多孔爆破石墨纤维以及硝酸锌溶液混合制备得到；

所述改性多孔爆破石墨纤维是由多孔爆破石墨纤维和多巴胺溶液反应制得的；

所述多孔爆破石墨纤维是由石墨制成的。

2.一种电接触材料，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)称取石墨研磨，和水混合超声分散处理，过滤，分离得到滤渣，用液氮喷淋冷冻干燥，得到预处理石墨；

(2)将预处理石墨进行蒸汽爆破，得到多孔爆破石墨纤维；

(3)将上述得到多孔爆破石墨纤维和多巴胺溶液混合，超声震荡浸渍，得到改性多孔爆破石墨纤维；

(4)将沼液和硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用硝酸锌溶液浸泡后取出，再用混合液二次浸泡，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；

(5)称取银粉和自制填料和电气石粉末，混合均匀后装入模具中，混合，施加外加磁场，继续处理后烧结出料，脱模，即得银基电接触材料。

3.根据权利要求2所述的一种电接触材料，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)称取石墨放入研钵中研磨，得到细化石墨，将细化石墨和水混合后用超声分散仪超声分散处理，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；

(2)将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，保压处理，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；

(3)将上述得到多孔爆破石墨纤维和多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，超声震荡浸渍，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；

(4)将沼液和硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用硝酸锌溶液浸泡后取出，再用混合液二次浸泡，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；

(5)按重量份数计，称取银粉和自制填料和500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射超声波，在超声作用下混合，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个外加磁场，继续处理后将模具移入高温烧结炉中，加热升温，保温烧结出料，脱模，即得银基电接触材料。

4.根据权利要2或3一种电接触材料，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)称取石墨放入研钵中研磨20～30min，得到细化石墨，将细化石墨和水按质量比为1:5混合后用超声分散仪以30～40kHz的频率超声分散处理10～15h，超声分散结束后过滤，分离得到滤渣，立即用液氮喷淋冷冻滤渣3～5min，冷冻结束后干燥，得到预处理石墨；

(2)将预处理石墨装入爆破罐中，通过加压泵使爆破罐内增压，直至爆破罐内压力达到0.9～1.0MPa，保压处理2～3min，打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到多孔爆破石墨纤维；

(3)将上述得到多孔爆破石墨纤维和质量浓度为0.5mg/L的多巴胺溶液混合，放入超声震荡仪中，以35～45kHz的频率超声震荡浸渍1～2h，超声震荡浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性多孔爆破石墨纤维；

(4)按质量比为1:5将沼液和质量分数为30％硫酸铜溶液混合得到混合液，将改性多孔爆破石墨纤维用质量分数为35％的硝酸锌溶液浸泡2～3h后取出，再用混合液二次浸泡3～5天，浸泡结束后过滤，分离得到滤渣，干燥后即得自制填料；

(5)按重量份数计，称取90～92份银粉和8～10份自制填料和1～2份500目电气石粉末，混合均匀后装入模具中，首先在模具周围用超声发生器定向发射频率为30～40kHz的超声波，在超声作用下混合1～2h，超声处理结束后再用磁场发生器朝着超声发射的相同方向再次施加一个磁感应强度为2500～2800Gauss、磁力为1×106Gauss2/cm的外加磁场，继续处理1～2h后将模具移入高温烧结炉中，加热升温至1000～1100℃，保温烧结1～2h后出料，脱模，即得银基电接触材料。