[發明專利]一種石墨烯改性滑動電接觸材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610522932.1
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN106057272B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 劉如鐵;林雪楊;陳潔;熊翔;廖寧;何達
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01B1/04;H01B1/08;C22C9/00;C22C1/05;C22C1/10;B22F3/02;B22F3/10;B22F1/02
• 代理公司: 北京智乾知識產權代理事務所(普通合伙)11552
• 代理人: 華冰,葉劍

技術領域

本發明涉及電接觸材料領域，特別是一種采用石墨烯改性組元材料、生產成本低、綜合性能優良的石墨烯改性滑動電接觸材料及其制備方法，屬于一種改良的新型滑動電接觸材料。

背景技術

滑動電接觸材料主要是通過與對偶件產生平移運動或旋轉運動來實現靜止物體到運動物體的電能傳輸，其性能的優劣直接影響母體設備能否長時間正常運轉，滑動傳輸時的這種強電流-復雜動載荷-電化學腐蝕多因素耦合條件下的工況往往要求滑動電接觸材料具備良好的耐磨、耐腐蝕性以及優異的導電導熱等特點，由于銅石墨復合材料兼顧銅基體良好的強度、硬度、導電導熱性以及石墨良好的自潤滑性等特點，因而被廣泛地應用于滑動接觸部件，如集電環、電樞和電刷等。

石墨烯是由單層碳原子通過共價鍵結合而成，具有規則六方對稱的理想結構，石墨烯極高的電子遷移率(~23000cm²/(V·s))、高熱導率(~5000W/(m·K))使其在導電導熱材料領域具有廣闊的應用前景，同時由于石墨烯的高強度(斷裂強度達130GPa)和承載能力，能通過與其他材料復合形成具有自潤滑和高結合特性的連續轉移膜從而作為耐磨材料的優良選擇。

專利文獻（公開號為CN 102385938 A）公開了“一種金屬基石墨烯復合電接觸材料的制備方法”的專利技術，其所述電接觸材料采用0.02wt.%~10wt.%的石墨烯，其余為金屬基體，通過化學還原結合真空熔煉法制得電接觸材料，該專利方案制備的電接觸材料具有優越的導電性、導熱性、耐磨性以及抗熔焊能力，該專利方案的不足是所用原料水合肼具有劇毒性，加上石墨烯與銅的不互溶性，在熔煉過程中存在分散不均勻的現象，從而對制成的電接觸材料的性能產生不利影響。

專利文獻（公開號為CN 105385883 A）公開了“一種電觸頭材料的制備方法”的專利技術，其所述電觸頭材料由重量組成為0.1-3.0% 鍍鎳石墨烯和97.0-99.9% 銅合金組成，通過磁控濺射法結合熱壓法制得電接觸材料，該專利方案使石墨烯與金屬實現良好界面結合，從而使材料具有優異的力學性能、抗電弧燒蝕性能、耐腐蝕以及抗熔焊性能，該專利方案的不足是采用磁控濺射法將大大地提高電觸頭材料的制造成本，難以實現性能與成本之間的平衡。

專利文獻（公開號為CN103952588A）公開了“高強高導石墨烯銅基復合材料及其制備方法”的專利技術，其所述復合材料采用0.01wt.%的石墨烯，余量為銅，通過化學還原和放電等離子燒結技術制得石墨烯銅基復合材料，該專利方案所制備的石墨烯銅基復合材料具有較高的壓縮屈服強度、優良的導電率、及良好的耐磨性能，該專利方案的不足是所用原材料具有劇毒性，另外采用放電等離子燒結提高了制造的成本，因此該專利方案不適用于大量生產。

發明內容

本發明的目的是針對現有石墨烯電接觸材料生產成本高、綜合性能不理想、生產安全隱患大的不足，提供一種石墨烯改性滑動電接觸材料及其制備方法，該電接觸材料采用石墨烯改性組元材料、生產成本低、綜合性能優良，所采用制備方法簡單，生產安全性好。

為了解決上述現有技術問題,本發明的技術方案是:

本發明一種石墨烯改性滑動電接觸材料，它由以下重量份的組元制成：

基體組元 68～70，

摩擦組元 0.2～0.4，

潤滑組元 29.4～31.8；

所述基體組元由銅或石墨烯改性銅組成，所述基體組元中石墨烯所占的重量份為0～1.5；

所述摩擦組元由二氧化硅或石墨烯改性二氧化硅組成，所述摩擦組元中石墨烯所占的重量份為0～15；

所述潤滑組元為石墨；

所述基體組元、摩擦組元中所含的石墨烯為3～7層石墨烯。

如上所述的一種石墨烯改性滑動電接觸材料，其制備方法如下：

(1)、采用溶膠凝膠法實現氧化石墨烯與二氧化硅的原位復合，并以氫氣作為保護氣氛，在管式爐中保溫1～10min實現氧化石墨烯的還原，得到石墨烯改性二氧化硅；

(2)、將氧化石墨烯配制成一定濃度的水分散液，噴涂到溫度為150℃的銅箔上，并以氫氣作為保護氣氛，在管式爐中保溫1～10min實現氧化石墨烯的還原；

(3)、將步驟(2)中的得到的石墨烯粉末與銅粉放入球磨罐中，進行球磨，得到銅粉與石墨烯均勻混合的粉末混合物；