[發(fā)明專利]一種金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110354593.8
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN102385938A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王寧;陳海軍;何泓材;竇延軍
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01B13/00;C22C1/10;C23C18/16
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及電接觸材料，尤其是一種金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料及其制備方法。

背景技術(shù)

電觸頭亦稱觸點(diǎn)、接點(diǎn)或觸頭，是電器開關(guān)、儀器儀表等中的接觸部件，擔(dān)負(fù)著接通、承載與分?jǐn)嚯娏鞯娜蝿?wù)，因此，它的性能直接影響著開關(guān)電器及儀器儀表運(yùn)行的可靠性。電接觸過程是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，它往往要求電接觸材料有高電導(dǎo)、低接觸電阻、高熱導(dǎo)、高耐磨、耐腐蝕、抗沖擊等特性。電接觸材料已有近100年的歷史，最初使用純銀、純金、純鉑作觸頭材料，20世界40年代開始采用Ag-Cu、Au-Ag、Pt-Ir或Pd-Ag等合金，60年代以來發(fā)展了多元貴金屬和各種貴金屬復(fù)合材料。

石墨烯是一種由碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料(其厚度通常在10納米以內(nèi))。2004年Geim等用微機(jī)械剝離的方法成功地從石墨中剝離出單層碳原子，這種單獨(dú)存在的二維有序碳被科學(xué)家們稱為石墨烯，由于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)特征，吸引了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。

目前，一些具有高硬度、耐磨、導(dǎo)熱性好、耐高溫和耐各種介質(zhì)腐蝕的材料為增強(qiáng)相物質(zhì)與金屬基體材料進(jìn)行復(fù)合的復(fù)合電接觸材料，由于同時(shí)具備優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)，已成為電接觸材料的主要發(fā)展方向。其中增強(qiáng)相物質(zhì)主要有La₂O₃、MoS₂、A1₂O₃、石墨、金剛石等。但是，這些增強(qiáng)相物質(zhì)通常導(dǎo)電性都很差，使得電接觸材料的導(dǎo)電性變差，這對電接觸材料的性能有很大的影響。如銀基金剛石復(fù)合材料，雖然其硬度和耐磨性隨金剛石的含量的增加有很大提高，但其接觸電阻也明顯增大。此外，目前應(yīng)用最多的CdO增強(qiáng)材料，由于其存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，而嚴(yán)重的制約了它的使用，一些歐洲國家已經(jīng)立法禁止使用CdO于電子材料中。因此，探索新的增強(qiáng)相物質(zhì)一直是人們關(guān)注的研究領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種金屬基石墨烯電接觸材料，采用電學(xué)性能和機(jī)械性能都非常優(yōu)異的石墨烯材料作為增強(qiáng)相物質(zhì)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)增強(qiáng)相物質(zhì)CdO、SnO₂、MoS₂、WC、SiC、La₂O₃、石墨或金剛石粉等，一方面可以保持基體金屬優(yōu)良的導(dǎo)電性，提高復(fù)合材料的耐磨性，另一方面可以減少鎘污染，同時(shí)有望通過石墨烯的突出特性，賦予電接觸材料一些額外的優(yōu)勢。本發(fā)明同時(shí)提供該金屬基石墨烯電接觸材料的制備方法，該方法操作簡單、工藝易控，能夠獲得分散均勻的金屬基石墨烯電接觸材料。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料，包含0.02-10wt％的石墨烯，其余為金屬基體材料；所述石墨烯均勻分散在所述金屬基體材料中。所述石墨烯厚度為0.3-5nm、直徑為10nm-10μm。所述金屬基體材料可以是Au、Ag、Cu或Au、Ag、Cu三者之間的二元或三元合金，也可以是Au、Ag、Cu或Au、Ag、Cu三者之間的二元或三元合金與Sn、Ni或Pt之間的多元合金。

石墨烯是碳原子按正六邊形整齊排列的晶體，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，具有完美的晶體結(jié)構(gòu)。由于石墨烯中的碳原子是屬于sp²雜化，因此石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性和十倍于鋼鐵的機(jī)械強(qiáng)度。此外，石墨烯是目前世界上最薄的材料(厚度通常在10納米以下)，而且高度穩(wěn)定。作為導(dǎo)熱材料，石墨烯是目前世界上導(dǎo)熱性最好的材料。由此看來，用石墨烯作為改性添加物來制備鍍層，可使鍍層的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性及電導(dǎo)性都會有所提高。本發(fā)明以石墨烯為增強(qiáng)相，常用電接觸金屬材料為金屬基體，制成了金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料。

一種金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料的制備方法，首先在基體金屬的鹽溶液中加入厚度為0.3-5nm、直徑為10nm-10μm的石墨烯，采用水合肼還原法在石墨烯表面沉積少量的基體金屬；然后將表面沉積了基體金屬的石墨烯分離、烘干后與基體金屬粉末混合均勻，控制混合物中石墨烯的含量為0.02-10wt％；最后采用真空熔煉法對所述混合物進(jìn)行真空熔煉，得到金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料。