[發明專利]一種高導電柔性銀基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610579462.2
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN106086503B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 張玲潔;沈濤;張繼;楊輝;樊先平;祁更新;陳曉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C22C5/06
• 分類號: C22C5/06;C22C32/00;C22C1/05;H01B1/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料技術領域，具體涉及一種高導電柔性銀基復合材料及其制備方法。

背景技術

銀基復合材料具有優異的導電性、導熱性、延展性和機械加工性能，是最理想的導電類材料之一，在航空航天、軌道交通、電力電子等領域具有重要的戰略地位。其中，電接觸材料及元器件作為電器工業的核心基礎，是銀基導電材料最重要的應用領域之一。AgCdO復合材料具有耐電弧、抗熔焊、耐電氣和機械磨損、耐腐蝕和低接觸電阻以及良好的加工性等優點，在較大的工作電壓或電流范圍內，都表現出優良的電接觸性能，被稱為“萬能觸點材料”。從20世紀50年代至今，Ag/CdO導電復合材料一直占據著銀基電接觸材料市場的主導。

然而，AgCdO作為電接觸材料，其在生產和使用過程中會對人體和環境造成一定程度的危害。2003年2月歐盟頒布了《關于在電子電器設備中禁止使用某些有害物質指令》(RoHS指令)和《廢舊電子電器》(WEEE指令)，對電子電器設備中含鎘材料的應用進行限制，掀起了新型環保電接觸材料的研究熱潮。而在我國生產和銷售的電接觸材料產品中，AgCdO材料的份額至今仍占一半以上，這極大地限制了我國電接觸材料及其下游產業的發展。近十年來，研究人員圍繞環保型無鎘電接觸復合材料開展了大量的研究工作，主要集中在新材料體系探索、已有材料體系的改性以及復合材料結構的控制等方面，已成為銀基復合電接觸材料研究發展的趨勢。

然而，目前研究和應用較多的Ag/SnO₂、Ag/ZnO等環保型電接觸材料，雖然力學、電學等性能相對優異，在一定范圍內可滿足使用需求，但是由于SnO₂、ZnO等增強相的電導率與銀相比還是差幾個數量級，使得銀基復合材料仍然不能滿足高電導率、高機械強度要求的應用領域的需求。特別是當復合材料中銀含量降低至90wt％以下時，不僅電導率難以保證，同時復合材料加工性能也會隨銀含量的降低而變差，從而導致產品綜合性能下降、應用受限，也存在成品率下降、生產成本增加等問題，是目前環保型電接觸材料應用和發展的技術瓶頸。因此，亟需開發高電導率、可加工性能優異、銀含量低、生產成本較低的環保型銀基電接觸材料。

石墨烯作為一種新型碳材料，其電子運動速度超過了在其他金屬單體或是半導體中的運動速度，能達到光速的1/300，室溫下石墨烯平面上的電子遷移率可達2×10⁵cm²·V^-1·s^-1。單層石墨烯的楊氏模量高達1100GPa，并且韌性非常好，可以隨意彎曲。因此，將石墨烯作為增強相，有望改善現有環保型銀基電接觸材料電導率低、可加工性能差等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上現有技術中的不足，提供一種高導電柔性銀基復合材料及其制備方法。該方法制備獲得的銀基復合材料用作電接觸材料時，在銀含量較低的情況下，仍具有高電導率、高變形量的優異特性，且抗拉強度高、耐電弧腐蝕，具有長電壽命。

為解決上述技術問題，本發明的解決方案為：

提供一種高導電柔性銀基復合材料的原料配方，是由重量百分含量計算的下述組分組成：銀粉75～85％、石墨烯粉體0.5～12％、納米鎳溶膠5-14.5％，三氧化二硼粉體1-2.5％，二氧化鋯粉體0.5-2％，分散劑0.5～1％。

本發明中，所述分散劑為羧甲基纖維素鉀。

本發明進一步提供了利用前述原料配方制備高導電柔性銀基復合材料的方法，包括下述步驟：

(1)按所述原料配方的比例關系稱量各組分；

(2)將納米鎳溶膠置于攪拌球磨設備，在1200r/min的速度下邊攪拌邊加入石墨烯粉體，充分混合40min，獲得復合料漿A；將復合料漿A置于超聲設備中超聲處理1-2h，備用；

(3)將稱量好的三氧化二硼粉體、二氧化鋯粉體、占銀粉總量20％的銀粉與去離子水混合，加入分散劑，在2000r/min的攪拌速度下配置成濃度為20-30wt％的復合料漿B；

(4)將復合料漿A和復合料漿B置于反應釜中，在80-160℃條件下反應1-2h，獲得復合料漿C，備用；

(5)將復合料漿C置于機械攪拌設備，在1000r/min的速度下邊攪拌邊加入剩余的銀粉，獲得復合料漿D；

(6)將復合料漿D經噴霧干燥后獲得銀基復合粉體；

(7)將銀基復合粉體置于模具中，在200MPa壓力下冷等靜壓成型，獲得銀基復合材料素坯；