[發(fā)明專利]一種搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610027615.2
• 申請(qǐng)日: 2016-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN105603245B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋美慧;張煜;張曉臣;李艷春;李巖;王玨;劉洪成;蘇桂明;王艷麗;徐志遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C22C9/00
• 分類號(hào): C22C9/00;C22C32/00;C22C1/05;B22F9/04;B22F3/10
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務(wù)所(普通合伙)23210
• 代理人: 王艷萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料及其制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電接觸材料又稱電觸頭，是開關(guān)電器、儀器、儀表的重要元件，它承擔(dān)著接通和斷開電流的任務(wù)。電接觸材料性能的好壞直接影響儀器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性和穩(wěn)定性。通常要求電觸頭材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，低而穩(wěn)定的接觸電阻，高的耐損蝕性、抗熔焊性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。目前，電觸頭材料主要是銀、銅及其合金，最常用的制備方法主要是粉末冶金法和熔煉法。銅基觸頭因?yàn)閮r(jià)格相對(duì)低廉應(yīng)用廣泛，但是銅基觸頭存在導(dǎo)電性與強(qiáng)度難以兼顧、表面易氧化等問題而需要改性，現(xiàn)有的利用石墨烯對(duì)銅基電接觸材料改性的技術(shù)較多，如在2011年哈爾濱工業(yè)大學(xué)楊帥的碩士論文《少層石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料制備和性能研究》以機(jī)械剝離法為基礎(chǔ),使用高速球磨機(jī)和高剪切均質(zhì)機(jī)制備出了少層石墨烯和納米銅粉的復(fù)合粉體，采用電火花燒結(jié)工藝制備出了少層石墨烯增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料，在維持電導(dǎo)率與普通純銅在一個(gè)數(shù)量級(jí)的基礎(chǔ)上，提高了材料的強(qiáng)度，少層石墨烯增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料的壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到476MPa，比普通純銅高300MPa左右，拉伸屈服強(qiáng)度高于普通純銅約50MPa。但石墨烯增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料的耐磨性差、耐電弧燒蝕性差，限制了材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的耐磨性差、耐電弧燒蝕性差的技術(shù)問題，而提供一種搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料及其制備方法。

本發(fā)明的搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料按質(zhì)量百分比由0.1％～3％的搭載有過渡金屬氧化物的石墨烯和97.0％～99.9％的銅組成，其中搭載有過渡金屬氧化物的石墨烯中的過渡金屬氧化物為SnO₂、ZnO、Fe₃O₄、CuO、NiO、MnO和Co₃O₄中的一種或其中幾種的混合物。

上述的搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料的制備方法如下：

一、按質(zhì)量百分比稱取0.1％～3％的過渡金屬氧化物/石墨烯粉末和97.0％～99.9％的銅粉并混合均勻，得到初混粉末；

二、將初混粉末利用球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨或者利用高剪切均質(zhì)機(jī)進(jìn)行分散混合，得到混合粉末；

三、將混合粉末放入磨具中，在壓力為350～600MPa的條件下保壓2～10min，得到坯錠；再將坯錠放入真空燒結(jié)爐中，在真空條件下，升溫至750～950℃燒結(jié)1～3h，得到搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料。

本發(fā)明利用搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料，搭載過渡金屬氧化物的石墨烯在保證基體銅優(yōu)良導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的同時(shí)，還提高了其耐磨性和耐電弧燒蝕性。這一方面是由于過渡金屬氧化物的搭載增加了復(fù)合電接觸材料的密度，使石墨烯能夠與銅粉混合更加均勻，提高了石墨烯在銅基體內(nèi)的分散性，另一方面搭載過渡金屬氧化物的石墨烯提高了復(fù)合電接觸材料的耐磨性、熔點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性，從而使材料的耐磨性和耐電弧燒蝕性能提高，本發(fā)明的方法操作簡單，工藝易控。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料按質(zhì)量百分比由0.1％～3％的搭載有過渡金屬氧化物的石墨烯和97.0％～99.9％的銅組成，其中搭載有過渡金屬氧化物的石墨烯中的過渡金屬氧化物為SnO₂、ZnO、Fe₃O₄、CuO、NiO、MnO和Co₃O₄中的一種或其中幾種的混合物。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是過渡金屬氧化物的粒徑為500nm～100μm，石墨烯的厚度為1～10層，且過渡金屬氧化物與石墨烯的質(zhì)量比為(0.5～3)：1。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：具體實(shí)施方式一所述的搭載過渡金屬氧化物的石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合電接觸材料的制備方法如下：

一、按質(zhì)量百分比稱取0.1％～3％的過渡金屬氧化物/石墨烯粉末和97.0％～99.9％的銅粉并混合均勻，得到初混粉末；

二、將初混粉末利用球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨或者利用高剪切均質(zhì)機(jī)進(jìn)行分散混合，得到混合粉末；