[發(fā)明專利]銅-鈦硅碳復合觸頭材料及其無壓燒結制備方法和用途

有效

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• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103352159A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設計）人: 周洋;路金蓉;孫建軍;陳樹濤;王占永;賈曉偉;高立強;李世波;李翠偉;黃振鶯;翟洪祥
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;C22C1/05;B22F3/16;H01H1/025
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發(fā)明涉及銅基電觸頭材料領域，特別涉及一種銅-鈦硅碳（Cu-Ti₃SiC₂）復合觸頭材料及其無壓燒結制備方法和用途。

背景技術

鈦硅碳（Ti₃SiC₂）是一種新型三元層狀碳化物陶瓷材料，其晶體結構屬六方晶系。高純度的Ti₃SiC₂材料由美國Barsoum教授（J?Am?Ceram?Soc，1996，79(7):1953）在1996年首次合成。由于Ti₃SiC₂晶體中存在Ti-C鍵和Ti-Si鍵，并且Ti-Si鍵在平行于Si層的區(qū)域內(nèi)形成不定域電子，類似金屬中的自由電子，因而Ti₃SiC₂具有良好的導電、導熱性；而其類似石墨的層狀結構又使材料具有一定的塑性和可加工性。因此Ti₃SiC₂具有陶瓷與金屬的雙重特性，且密度低、熔點高、高溫穩(wěn)定性和耐磨性好，這些優(yōu)良性能是觸頭材料中高熔點組元的理想選擇。

電觸頭是真空開關的核心部件，擔負著接通、承載和分斷電流的任務，其性能直接影響著傳導系統(tǒng)工作的可靠性、穩(wěn)定性和精確性。電觸頭的性能主要取決于制作該觸頭的觸頭材料。目前，用來制作真空接觸器觸頭的材料主要有銀基觸頭材料和銅基觸頭材料兩大類。銀基觸頭材料性能較好，但因使用了貴金屬銀而使成本大大提高，國外主要用于較重要的真空接觸器中，國內(nèi)很少使用。

目前，國內(nèi)使用的真空接觸器觸頭材料主要為Cu-W、Cu-WC、Cu-WC-W等銅基觸頭材料，這些材料雖可在一定程度上滿足使用需要，但都有各自的缺點，有進一步改進的必要。Cu-W觸頭材料的截流值較高、抗熔焊能力較差；Cu-WC觸頭材料中由于WC的存在，在開斷小電流時能延長電弧熄滅的時間，抗熔焊性能也好，但其分斷能力和電壽命較Cu-W觸頭材料差；Cu-WC-W觸頭材料的性能介于前兩者之間。在這種背景條件下，迫切需要研發(fā)一種綜合性能更好的新型真空觸頭材料。

與現(xiàn)有真空接觸器觸頭材料中大量使用的高熔點組元WC相比，Ti₃SiC₂的電阻率更低，有利于提高復合材料的導電率，降低截流值；Ti₃SiC₂的彈性模量和熱脹系數(shù)比WC更接近于金屬，在與銅復合時兩組元具有更好的相容性；Ti₃SiC₂的熔點、熱導率和比熱都高于WC，與銅復合得到的觸頭材料具有更高的導熱率、更低的電弧燒損率；Ti₃SiC₂具有很好的抗氧化性和自潤滑性，對于改善觸頭材料的表面膜電阻特性和抗熔焊性能十分有利；此外Ti₃SiC₂的密度遠低于WC，使復合材料的重量顯著降低，有利于真空開關的輕量化，同時原材料成本也更低，并節(jié)省了寶貴的戰(zhàn)略資源鎢。由此可見，銅-鈦硅碳復合觸頭材料可在多方面改善現(xiàn)有觸頭材料的性能。