電接觸材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電接觸材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電接觸材料是制備電力、電器電路中通、斷控制及負載電流電器(如開關(guān)、繼電器、 起動器及儀器儀表等)的關(guān)鍵材料。電接觸材料是電器開關(guān)的核心組件和關(guān)鍵材料，負擔(dān)接 通、斷開電路及負載電流的任務(wù)，材料性能決定了電器開關(guān)的開斷能力和接觸可靠性。
[0003] 電接觸材料主要包括例如：銀基電接觸材料、銅基電接觸材料、銀/石墨復(fù)合材料 等，其具有良好的耐電磨損、良好的導(dǎo)電性、高抗熔焊性、小接觸電阻且性能穩(wěn)定等優(yōu)點，因 此被成功應(yīng)用在電路斷路器、漏電保護開關(guān)等開關(guān)儀表中。
[0004] 目前常用的為銀/石墨復(fù)合材料，其不僅大幅提高了銀的抗氧化性及抗熔焊性， 還具有優(yōu)良的潤滑性，廣泛應(yīng)用于觸頭材料中。銀/石墨觸頭材料的主要制備方法有機械 混粉法和液相包覆法。機械混粉法是將銀粉和石墨粉以球磨等機械混合的方式來制備，材 料組織結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)成份偏析和混合不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致材料致密度低、電阻率高、電氣使用 性能較低。液相包覆法是在含有鍍層金屬銀離子的溶液中加入石墨粉，將其攪拌分散，再加 入適當(dāng)?shù)倪€原劑使銀離子還原，溶液中石墨顆粒起人工晶核的作用，還原出的銀原子將優(yōu) 先在石墨顆粒表面成核長大，制備出混合比較均勻和較細顆粒的銀/石墨包覆粉，液相包 覆法改善了材料的界面結(jié)合狀態(tài)，材料的性能得以提高，工藝簡單，成本低。但是該方法工 藝控制比較難，銀粉生長也較難控制，因而所制得的材料穩(wěn)定性較低。
[0005] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利CN101654746B公開了一種在電接觸 材料制備中添加碳素物質(zhì)的方法，是以生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的乙醇溶液對金屬粉體進行 浸漬，粉體經(jīng)烘干、熱處理后，金屬粉體表面的有機物生成亞微米或納米碳素顆粒，碳素顆 粒的添加提高了電接觸材料的綜合性能，但在此過程中金屬粉體的尺寸不可調(diào)，生物質(zhì)衍 生碳質(zhì)中間相對金屬粉體浸漬時，碳素物質(zhì)的添加比例不易調(diào)控，且易浸漬不均勻、容易團 聚、中間相與金屬粉體結(jié)合不緊密，導(dǎo)致生成的電接觸材料性能的穩(wěn)定性較差。
[0006] 因此存在對克服上述缺陷的新的銀基復(fù)合材料以及銀基復(fù)合材料的制備方法的 需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 上述問題通過提供本發(fā)明的制備電接觸材料的方法以及通過本發(fā)明的方法獲得 的電接觸材料至少部分得以解決。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法包括以下步驟：
[0009] (1)分別將含金屬前驅(qū)體、生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相和還原劑溶解在醇類溶劑中配 置為醇溶液；
[0010] (2)將含金屬前驅(qū)體、生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相和還原劑溶解在醇類溶劑中配置為 醇溶液混合均勻，充分反應(yīng)；
[0011] (3 )通過離心、干燥來收集步驟（2 )中反應(yīng)得到的表面包覆有生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間 相膜層的復(fù)合微納米金屬粉；
[0012] (4)將步驟（3)所得的復(fù)合納米金屬粉在非氧化性氣氛下熱處理，使生物質(zhì)衍生碳 質(zhì)中間相膜層轉(zhuǎn)變?yōu)楹饎偸嗷蝾惤饎偸啾∧ぁ?br>[0013] 優(yōu)選地，上述方法可還包括將步驟（4)所得的含金剛石相或類金剛石相薄膜的復(fù) 合微納米金屬粉補充常規(guī)組分，以及進行常規(guī)觸點材料制備工序的步驟。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟（2)可包括以下步驟：
[0015] (2a)將還原劑的醇溶液加入到生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的醇溶液中；
[0016] (2b)將含金屬前驅(qū)體的醇溶液加入到步驟（2)中所得的混合溶液中，混合均勻，充 分反應(yīng)。
[0017] 本發(fā)明的制備電接觸材料的方法為原位合成法，其具有如下優(yōu)點：原材料均為醇 溶液形式，解決了現(xiàn)有技術(shù)中碳質(zhì)粉體或金屬粉難以實現(xiàn)均勻分散的問題；使金屬粉與中 間相薄膜形成有機致密結(jié)合，且中間相薄膜在金屬粉表面形成均勻連續(xù)的膜層；還原得到 的金屬粉顆粒尺寸均一、粒徑小、尺寸大小可調(diào)控；碳含量可控，比浸漬法有所提高，并且節(jié) 約含金屬前驅(qū)體(特別是含貴金屬前驅(qū)體）的用量；金屬粉表面的中間相薄膜可在熱處理過 程中有效轉(zhuǎn)化成金剛石相或類金剛石相膜層，能提升觸點的性能；金剛石相或類金剛石相 與金屬粉形成有機致密結(jié)合，在觸點制備工藝中，金剛石相或類金剛石相與金屬粉可均勻 分散；成本較低，制備工藝簡單。
[0018] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法在步驟（2)中可包括恒溫攪拌或超聲輔助的步驟，并且 優(yōu)選地，在步驟（2b)中可加入催化劑。
[0019] 所述含金屬前驅(qū)體選自含銀、鉬、金、銅的前驅(qū)體。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法所使用的醇類溶劑選自甲醇、乙醇、正丙醇、 異丙醇、正丁醇、正戊醇、乙二醇中的一種或多種或其水合體系；所使用的還原劑選自甲醛、 乙二醛、乙二胺、葡萄糖、酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉、水合肼、維生素 C、硼氫化鈉或抗壞血酸中 的一種或多種；所使用的非氧化性氣氛選自純氫氣、含氫混合氣或氨氣。
[0021] 優(yōu)選地，步驟（2b)中所使用的催化劑選自鐵鹽、鈷鹽和鎳鹽。
[0022] 特別地，可使用根據(jù)本發(fā)明的方法制備含銀電接觸材料，其中，所述含銀前驅(qū)體醇 溶液為硝酸銀醇溶液，其銀離子濃度為〇. 001~〇. lg/ml，所述還原劑的醇溶液中還原劑的 濃度為〇. 001~〇. 12g/ml，所述生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的醇溶液中生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相 的濃度為〇. 001~〇. lg/ml ;其中，所述含銀前驅(qū)體：還原劑：生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的質(zhì) 量比為1 :1~1. 2 :0· 016~L 5。
[0023] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法的在步驟（2)中的反應(yīng)溫度為20~ l〇〇°C，反應(yīng)時間為10分鐘到24小時。
[0024] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法的在步驟（4)中的熱處理溫度為 500~1000°C，熱處理時間為1小時到10小時。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的方法制備的電接觸材料中，均勻彌散分布有含金剛石相或類金剛石 相，其中，金屬基體為納米金屬粉，其平均粒徑為1~500nm，因此，可以提高觸頭材料的硬 度和熱導(dǎo)率，并改善其耐電弧侵蝕性，對觸頭材料產(chǎn)生積極影響。
【附圖說明】
[0026] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法的流程圖。
[0027] 圖2是通過根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法制備的電接觸材料的EBSD圖。
[0028] 圖3是圖2的局部放大EBSD圖。
[0029] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法中包括攪拌或超聲步驟以及不包括 攪拌或超聲步驟時制備的電接觸材料中的金屬顆粒對照圖。
[0030] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法制備的電接觸材料的拉曼光譜圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法的實施例。
[0032] 圖1中圖示了根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法的流程圖。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的制備電接觸材料的方法開始于步驟101、102和103,在步驟101、102 和103處，分別將含金屬前驅(qū)體、生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相和還原劑溶解到醇溶液中，配置得 到相應(yīng)的含金屬前驅(qū)體、生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相和還原劑的醇溶液。在步驟104處，將生物 質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相醇溶液和還原劑醇溶液混合，然后將步驟101處獲得的含金屬前驅(qū)體醇 溶液添加到生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相醇溶液和還原劑醇溶液的混合溶液中，使其充分反應(yīng)。 然后在步驟105處，將在步驟104中生成的產(chǎn)物離心并且干燥，獲得表面包覆有生物質(zhì)衍生 碳質(zhì)中間相膜層的復(fù)合微納米金屬粉。最后，在步驟106處，將在步驟106處得到的復(fù)合微 納米金屬粉在非氧化性氣氛下進行熱處理，使金屬粉表面的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相膜層轉(zhuǎn) 化為含金剛石或類金剛石薄膜。
[0034] 在步驟104中還可優(yōu)選包括攪拌或超聲步驟107,以使步驟4中的反應(yīng)更充分進 行，并且所獲得的復(fù)合微納米金屬粉顆粒更細小、均勻。
[0035] 本發(fā)明的制備電接觸材料的方法適用于常用的任何金屬基電接觸材料，例如Ag、 Pt、Au和Cu等。下面將以銀基電接觸材料的制備方法的實施例來描述根據(jù)本發(fā)明的制備 電接觸材料的方法。
[0036] 實施例1
[0037] (1)稱取0.1 g硝酸銀溶解于IOml無水乙醇中配制成硝酸銀的乙醇溶液；
[0038] (2)稱取0. 12g抗壞血酸加入到IOml無水乙醇中，再加入濃度為0.0 Olg/ml的生 物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的乙醇溶液2ml，攪拌；
[0039] (3)將步驟（1)中的溶液逐滴滴入到步驟（2)的溶液中，加入0. 02g硝酸鐵在40°C 下恒溫攪拌反應(yīng)lOmin，離心、干燥收集得到表面包覆有生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相膜層的復(fù)合 微納米銀粉；
[0040] (4)將步驟3中的得到的復(fù)合微納米銀粉在純氫氣氣氛下進行熱處理，溫度為 600°C時間2h，銀粉表面的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相膜層轉(zhuǎn)化成類金剛石薄膜，再經(jīng)過常規(guī)觸 點材料制備工序，得到銀基電接觸材料。
[0041] 實施例2
[0042] (1)稱取0.1 g硝酸銀溶解于IOml無水乙醇中配制成硝酸銀的乙醇溶液；
[0043] (2)稱取0.1 g抗壞血酸加入到IOml無水乙醇中，再加入濃度為0.0 lg/ml的生物 質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相的乙醇溶液2ml，攪拌；
[0044] (3)將步驟（I)中的溶液逐滴滴入到步驟（2)的溶液中，加入0. 03g硝酸鎳，在40°C 下恒溫超聲輔助反應(yīng)30min，離心、干燥收集得到表面包覆有生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相膜層的 復(fù)合微納米銀粉；
[0045] (4)將步驟3中的得到的復(fù)合微納米銀粉在純氫氣氣氛下進行熱處理，溫度為 800°C時間6h，銀粉表面的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相膜層轉(zhuǎn)化成類金剛石薄膜，再經(jīng)過常規(guī)觸 點材料制備工序，得到銀基電接觸材料。
[0046] 實施例3
[0047] (1)稱取0.0 lg硝酸銀溶解于IOml異丙醇中配制成硝酸銀的醇溶液；
[0048] (2)稱取0· 012g葡萄糖加入到IOml異丙醇中，再加入濃度為0· 002g/ml的生物質(zhì) 衍生碳質(zhì)中間相的異丙醇溶液lml，攪拌；
[0049] (3)將步驟（1)中的溶液逐滴滴入到步驟（2)的溶液中，加入0. 02g硝酸鈷，在20°C 下恒溫反應(yīng)攪拌lh，離心、干燥收集得到表面包覆有生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相膜層的復(fù)合微 納米銀粉；
[0050] (4)將步驟3中的得到的復(fù)合微納米銀粉在氫氣、氮氣混合氣氣氛下進行熱處理， 溫度為900°C時間2h，銀粉表面的生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相膜層轉(zhuǎn)化成類金