一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法，該銀基電觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯，其中錫元素的含量為5?10wt％，鎳的元素含量為2?5wt%，鑭的元素的含量為0.5?1wt%，鍍銀石墨烯的含量為2.5?3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì)，余量元素為銀和氧。本發(fā)明制備的銀基電觸點(diǎn)材料，通過優(yōu)化選擇則原材料配比和工藝，來提高提高材料的組織均勻性，改善材料的電性能，采用溶膠凝膠法制備SnO2粉末，納米SnO2在銀基體中的分布均勻彌散，能避免因?yàn)镾nO2富集而形成絕緣層導(dǎo)致接觸電阻降低，減少氧化物對(duì)基體的割裂作用，能有效銀基電觸點(diǎn)材料的加工性能，改善抗熔焊、耐電弧燒損的能力，鍍銀石墨烯改善了石墨烯與金屬間的界面潤(rùn)濕性，有利于獲得良好界面結(jié)合，使復(fù)合材料導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能、抗電弧侵蝕性進(jìn)一步提高，更好地滿足電觸頭的性能需求。
【專利說明】
一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力設(shè)備制造領(lǐng)域，具體涉及一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電接觸元件是電器開關(guān)、儀器儀表等的接觸元件，廣泛應(yīng)用于電力、電信系統(tǒng)即家電控制等設(shè)備。銀基電接觸材料由于其接觸電阻低、抗熔焊能力強(qiáng)、耐磨損性能良好、抗電侵蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到快速發(fā)展，其中銀氧化錫電接觸材料是近10年來發(fā)展很快的I種可替代有毒的銀氧化鎘的新型環(huán)保型電接觸材料，具有熱穩(wěn)定性好、耐電弧侵蝕及抗熔焊性能，使用壽命長(zhǎng)、使用電流范圍廣，因此能保證電器運(yùn)行可靠性。
[0003]目前，電觸點(diǎn)材料大致可以劃分成以下幾類:銀基觸點(diǎn)材料、鎢基觸點(diǎn)材料、銅基觸點(diǎn)材料以及貴金屬基弱電接點(diǎn)材料。其中，最具代表性的觸點(diǎn)材料為Cu-W合金及Ag基觸點(diǎn)材料(AgSn02、AgCd0、Ag-W系等)兩大類。由于W、Ag等均屬于貴金屬，資源儲(chǔ)量有限，而且采用該類貴金屬作為原料使得觸點(diǎn)材料的成本過于昂貴，不利于推廣應(yīng)用。另外，現(xiàn)有的觸點(diǎn)材料耐磨性能差而很難使用在滑動(dòng)觸點(diǎn)上。
[0004]作為環(huán)保型銀氧化錫電觸頭材料，因具有優(yōu)良的抗電弧侵蝕性、耐磨損性和更好的抗熔焊性而被廣泛應(yīng)用在各類低壓電器上，以取代有毒的銀氧化鎘材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法，該銀基電觸點(diǎn)材料，具有優(yōu)異的電性能和機(jī)械性能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法，該銀基電觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯，其中錫元素的含量為5-10wt%，鎳的元素含量為2-5wt%，鑭的元素的含量為0.5-lwt%，鍍銀石墨烯的含量為2.5-3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì)，余量元素為銀和氧；
該方法包括如下步驟:
(1)制備錫的氧化物
溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCl4的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑，在恒溫下進(jìn)行攪拌，同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2，經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠，其中SnCl4.5H20和TiCl4的質(zhì)量比為8.5:1-9:1，醇水溶液中醇與水的體積比為2:1;
(2)制備鍍銀石墨烯粉末
采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯，將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干，直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射，采用擋板將靶材與石墨烯隔開，去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度，直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銀靶，在真空度達(dá)到0.1 X 10—3-1.0 X 10—3Pa時(shí)，通入純度99.99%的氬氣，工作氣壓0.5-1.2?&，濺射功率100-1501，沉積時(shí)間為5-301^11;
將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速100_250r/min，球磨15-20分鐘，停止5分鐘，順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng)，總計(jì)混粉時(shí)間2-6h，得到鍍銀石墨烯粉末；
(3)制備合金
制備合金的原料為銀、鎳和鑭，其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，鎳元素含量為2-5wt%，鑭的元素的含量為0.5-1%，來準(zhǔn)備，余量為銀，上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液，經(jīng)精煉后，澆鑄成合金圓錠；
(4)破碎合金
將所得的合金圓錠加熱至720°C-760°C，擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段，將合金線段進(jìn)行清洗、烘干，再氫破，球磨成粉，其中合金圓錠擠壓成Φ 5mm-Φ 7mm的合金線材，再進(jìn)行拉拔加工，合金線材拉拔加工至直徑為Φ Imm- Φ 2.5mm，破碎的合金線段長(zhǎng)度為10mm-50mm，球磨得到合金粉末的粒徑小于I Oym ；
(5)內(nèi)氧化
將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化，其氧化溫度為700 0C-750 0C，氧化壓力為
0.2MPa-0.5MPa，氧化時(shí)間為24h_40h，得到內(nèi)氧化的合金粉末；
(6)采用粉末冶金工藝，按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，錫元素含量為5-10wt%，鍍銀石墨稀粉末含量為2.5-3.5wt%，將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合，經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序，制成銀基電觸點(diǎn)材料。
[0007]本發(fā)明制備的銀基電觸點(diǎn)材料，通過優(yōu)化選擇則原材料配比和工藝，來提高提高材料的組織均勾性，改善材料的電性能，采用溶膠凝膠法制備Sn02粉末，納米Sn02在銀基體中的分布均勻彌散，能避免因?yàn)镾nO2富集而形成絕緣層導(dǎo)致接觸電阻降低，減少氧化物對(duì)基體的割裂作用，能有效銀基電觸點(diǎn)材料的加工性能，改善抗熔焊、耐電弧燒損的能力，鍍銀石墨烯改善了石墨烯與金屬間的界面潤(rùn)濕性，有利于獲得良好界面結(jié)合，使復(fù)合材料導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能、抗電弧侵蝕性進(jìn)一步提高，更好地滿足電觸頭的性能需求。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例一
本實(shí)施例的石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯，其中錫元素的含量為5wt%，鎳的元素含量為2wt%，鑭的元素的含量為0.5wt%，鍍銀石墨烯的含量為2.5wt%以及不可避免的雜質(zhì)，余量元素為銀和氧。
[0009]溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCU的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑，在恒溫下進(jìn)行攪拌，同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2，經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠，其中SnCl4.5H20和TiCl4的質(zhì)量比為8.5: I，醇水溶液中醇與水的體積比為2: I。
[0010]采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯，將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干，直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射，采用擋板將靶材與石墨烯隔開，去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度，直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銀靶，在真空度達(dá)到0.1 X 10—3Pa時(shí)，通入純度99.99%的氬氣，工作氣壓0.5Pa，濺射功率10W，沉積時(shí)間為5min。
[0011]將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速100r/min，球磨15分鐘，停止5分鐘，順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng)，總計(jì)混粉時(shí)間2h，得到鍍銀石墨稀粉末。
[0012]制備合金的原料為銀、鎳和鑭，其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，鎳元素含量為2wt%，鑭的元素的含量為0.5%，來準(zhǔn)備，余量為銀，上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液，經(jīng)精煉后，澆鑄成合金圓錠；
將所得的合金圓錠加熱至720°C，擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段，將合金線段進(jìn)行清洗、烘干，再氫破，球磨成粉，其中合金圓錠擠壓成Φ 5mm的合金線材，再進(jìn)行拉拔加工，合金線材拉拔加工至直徑為Φ 1mm，破碎的合金線段長(zhǎng)度為10mm，球磨得到合金粉末的粒徑小于ΙΟμπι。
[0013]將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化，其氧化溫度為700°C，氧化壓力為
0.2MPa，氧化時(shí)間為24h，得到內(nèi)氧化的合金粉末。
[0014]采用粉末冶金工藝，按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，錫元素含量為5wt%，鍍銀石墨烯粉末含量為2.5wt%，將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合，經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序，制成銀基電觸點(diǎn)材料。
[0015]實(shí)施例二
本實(shí)施例的石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯，其中錫元素的含量為10wt%，鎳的元素含量為5wt%，鑭的元素的含量為1的％，鍍銀石墨烯的含量為3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì)，余量元素為銀和氧。
[0016]溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCU的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑，在恒溫下進(jìn)行攪拌，同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2，經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠，其中SnCl4.5H20和TiCl4的質(zhì)量比為9:1，醇水溶液中醇與水的體積比為2:1。
[0017]采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯，將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干，直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射，采用擋板將靶材與石墨烯隔開，去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度，直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銀靶，在真空度達(dá)到1.0 X 10—3Pa時(shí)，通入純度99.99%的氬氣，工作氣壓1.2Pa，濺射功率150W，沉積時(shí)間為30min。
[0018]將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速250r/min，球磨20分鐘，停止5分鐘，順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng)，總計(jì)混粉時(shí)間6h，得到鍍銀石墨稀粉末。
[0019]制備合金的原料為銀、鎳和鑭，其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，鎳元素含量為5wt%，鑭的元素的含量為1%，來準(zhǔn)備，余量為銀，上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液，經(jīng)精煉后，澆鑄成合金圓錠；
將所得的合金圓錠加熱至760°C，擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段，將合金線段進(jìn)行清洗、烘干，再氫破，球磨成粉，其中合金圓錠擠壓成Φ 7mm的合金線材，再進(jìn)行拉拔加工，合金線材拉拔加工至直徑為Φ 2.5mm，破碎的合金線段長(zhǎng)度為50mm，球磨得到合金粉末的粒徑小于I Oym。
[0020]將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化，其氧化溫度為7500C，氧化壓力為
0.5MPa，氧化時(shí)間為40h，得到內(nèi)氧化的合金粉末。
[0021]采用粉末冶金工藝，按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，錫元素含量為10wt%，鍍銀石墨烯粉末含量為3.5wt%，將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合，經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序，制成銀基電觸點(diǎn)材料。
[0022]比較例
按組元質(zhì)量配比:鎘:6% ;錯(cuò):3% ;鋪:0.03% ;余量銀。恪煉鑄錠形成銀鎘錯(cuò)鋪合金錠。將銀鎘鋯鈰合金錠加熱經(jīng)擠壓成線材，再經(jīng)拉拔到直徑為Φ 4mm的絲材。在冷鐓機(jī)上將絲材與銀絲經(jīng)冷鐓機(jī)剪切成長(zhǎng)短適宜的小段鐓制復(fù)合成Φ 9mm X 2mm的片材觸頭產(chǎn)品。將觸頭產(chǎn)品在560 °C真空狀態(tài)沖入氬氣的電爐中擴(kuò)散退火150分鐘，隨爐降溫至80 °C取出產(chǎn)品。將產(chǎn)品裝入通氧氣壓力為1.2 Mpa的電爐中在溫度首冼為650°C氧化處理32小時(shí)，再隨爐升溫至730 °C氧化處理30小時(shí)。隨爐冷卻至100 °C以下出爐得之電觸點(diǎn)材料
對(duì)相同形狀和尺寸的實(shí)施例1-2及比較例的電觸點(diǎn)材料進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示:實(shí)施例1-2的電阻率相對(duì)比較例降低13%以上，硬度增加25%以上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含有石墨烯的銀基觸點(diǎn)材料的制備方法，該銀基電觸點(diǎn)材料包括銀、錫的氧化物、鎳的氧化物、鑭的氧化物、鍍銀石墨烯，其中錫元素的含量為5_10wt%，鎳的元素含量為2-5wt%，鑭的元素的含量為0.5-lwt%，鍍銀石墨烯的含量為2.5-3.5wt%以及不可避免的雜質(zhì)，余量元素為銀和氧； 該方法包括如下步驟: (1)制備錫的氧化物 溶膠凝膠法制備納米SnO2粉末:將SnCl4.5H20和TiCl4的醇水溶液加入聚乙二醇(PEG)分散劑，在恒溫下進(jìn)行攪拌，同時(shí)滴加氨水至pH為6.9-7.2，經(jīng)陳化、洗滌、烘干、研磨得到凝膠，其中SnCl4.5出0和11(:14的質(zhì)量比為8.5:1-9:1，醇水溶液中醇與水的體積比為2:1; (2)制備鍍銀石墨烯粉末 采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銀制成鍍銀石墨烯，將純度為99.99%的銀靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干，直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射，采用擋板將靶材與石墨烯隔開，去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨烯表面沉積銀膜的純度，直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為.99.99%的銀靶，在真空度達(dá)到0.1 × 10—3-1.0 × 10—3Pa時(shí)，通入純度99.99%的氬氣，工作氣壓.0.5-1.2?&，濺射功率100-1501，沉積時(shí)間為5-301^11; 將鍍銀石墨烯球磨成粉末:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速100_250r/min，球磨.15-20分鐘，停止5分鐘，順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng)，總計(jì)混粉時(shí)間2-6h，得到鍍銀石墨烯粉末； (3)制備合金 制備合金的原料為銀、鎳和鑭，其中鎳和鑭的重量按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，鎳元素含量為2-5wt%，鑭的元素的含量為0.5-1%，來準(zhǔn)備，余量為銀，上述原料在感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金熔液，經(jīng)精煉后，澆鑄成合金圓錠； (4)破碎合金 將所得的合金圓錠加熱至720°C-760°C，擠壓成合金線材;然后破碎成合金線段，將合金線段進(jìn)行清洗、烘干，再氫破，球磨成粉，其中合金圓錠擠壓成Φ 5mm-Φ 7mm的合金線材，再進(jìn)行拉拔加工，合金線材拉拔加工至直徑為Φ 1mm- Φ 2.5mm，破碎的合金線段長(zhǎng)度為.10mm-50mm，球磨得到合金粉末的粒徑小于10ym ； (5)內(nèi)氧化 將所得的合金粉末裝入氧化爐中進(jìn)行內(nèi)氧化，其氧化溫度為700 0C-750 ℃，氧化壓力為.0.2MPa-0.5MPa，氧化時(shí)間為24h_40h，得到內(nèi)氧化的合金粉末； (6)采用粉末冶金工藝，按照最終銀基觸點(diǎn)材料中，錫元素含量為5-10wt%，鍍銀石墨稀粉末含量為2.5-3.5wt%，將上述納米Sn02粉末、鍍銀石墨稀粉末和上述內(nèi)氧化的合金粉末進(jìn)行混合，經(jīng)冷壓、600°C高溫下燒結(jié)8h、復(fù)壓、擠壓、拉拔工序，制成銀基電觸點(diǎn)材料。
【文檔編號(hào)】C22C1/05GK105838914SQ201610234804
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月16日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】蘇州思創(chuàng)源博電子科技有限公司