[發(fā)明專利]一種石墨烯/銅電接觸材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810343832.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110391035B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林正得;戴丹;江南;侯寶森;李雙藝;褚伍波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01B1/02
• 分類號(hào): H01B1/02;H01B1/04;H01B5/00;H01B13/00;B22F1/16;B22F1/142
• 代理公司: 上海一平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 崔佳佳;徐迅

本發(fā)明涉及一種石墨烯/銅電接觸材料及其制備方法。所述方法以流化床作為反應(yīng)裝置且以氣相碳源作為反應(yīng)原料，可制備得到一種整體性能非常優(yōu)異的石墨烯/銅粉體材料。進(jìn)一步地，所述方法以所述石墨烯/銅粉體材料為原料，可燒結(jié)制得一種綜合性能非常優(yōu)異的石墨烯/銅電接觸材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地涉及一種石墨烯/銅電接觸材料及其制備方法。

背景技術(shù)

電觸頭又稱作觸點(diǎn)，在儀器儀表、電氣開(kāi)關(guān)中作為重要的接觸元件。電觸頭材料須滿足力學(xué)性能、電接觸性能、化學(xué)性能、加工性能等多方面的要求，具體包括具有好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、低的接觸電阻、優(yōu)良的抗熔焊性能等。常見(jiàn)的電觸頭材料一般是銀及銀基合金和銅及銅基合金。其中，由于銀產(chǎn)量和資源有限，因此銀及銀基合金成本較高，同時(shí)銀及銀基合金易硫化、易磨損，尤其是抗熔焊性能較差，在高負(fù)載使用中，電觸頭可能發(fā)生表面熔化凝結(jié)而不能正常斷開(kāi)而發(fā)生事故。用銅及銅基合金替代銀及銀基合金作為電觸頭材料成為目前的流行趨勢(shì)。

純銅的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能均接近于銀，因此也曾被作為電觸頭材料使用，但純銅在使用過(guò)程中，強(qiáng)度容易下降，另外其化學(xué)性質(zhì)比銀更活潑，耐腐蝕性不佳，容易發(fā)生表面氧化過(guò)程，導(dǎo)致接觸電阻逐漸增大，由此需要開(kāi)發(fā)合適的銅基合金來(lái)解決純銅面臨的性能不佳的問(wèn)題。

銅基合金是將另一相引入銅基體中制備得到的，常見(jiàn)的銅基合金電觸頭材料是銅鎢合金，銅鎢合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，可以向其中再添加其他微量的金屬，可以進(jìn)一步改善其各方面性能，但銅鎢合金的耐腐蝕性不佳，容易形成氧化銅和氧化鎢的表面氧化層，降低接觸電阻。

石墨烯自從2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，以其優(yōu)異的力學(xué)性能和導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能，引起廣泛矚目。近十年來(lái)，用石墨烯作為增強(qiáng)相來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)機(jī)體材料的研究層出不窮。天津大學(xué)的發(fā)明專利一種用浸漬法在銅粉表面負(fù)載固體碳源制備石墨烯/銅復(fù)合材料的方法(CN105081312 A)用片狀銅粉表面浸漬負(fù)載固體碳源PMMA，在銅片表面原位生長(zhǎng)石墨烯來(lái)制備石墨烯/銅粉復(fù)合材料，這一方法需要對(duì)環(huán)境不友好的有機(jī)溶劑。天津大學(xué)的發(fā)明專利在銅粉表面原位催化固體碳源制備石墨烯/銅復(fù)合材料的方法(CN 104874803 A)通過(guò)球磨制備分散均勻的銅—聚甲基丙烯酸甲酯粉末，然后在管式爐中將聚甲基丙烯酸甲酯催化還原成石墨烯制備石墨烯/銅復(fù)合粉末。段綿俊等的發(fā)明專利一種新型高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度石墨烯/銅材料及其制備方法(CN 103614583 A)利用球磨混合法爆炸燒結(jié)混合粉末，形成致密的，具有比純銅更高強(qiáng)度和導(dǎo)電率的復(fù)合材料。江西理工大學(xué)的發(fā)明專利高強(qiáng)高導(dǎo)石墨烯銅基復(fù)合材料及其制備方法(CN 103952588 A)用水合肼在加入氧化石墨烯的硫酸溶溶液中還原出納米銅粉和石墨烯，干燥后再于氫氣氣氛下還原，最后用等離子體燒結(jié)法制備石墨烯銅基復(fù)合材料。但是，由于石墨烯存在密度小、容易團(tuán)聚以及制備過(guò)程中界面結(jié)合等問(wèn)題，制約了石墨烯/金屬?gòu)?fù)合材料的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的石墨烯/銅電接觸材料及其制備方法。

本發(fā)明的第一方面，提供了一種石墨烯/銅電接觸材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)將銅粉加入到流化床中；

2)將氣相碳源經(jīng)所述流化床的甲烷裂解裝置分解為碳?xì)湓雍笸ㄈ胨隽骰仓校?/p>

3)通入流化氣到所述流化床中以流化銅粉；

4)在步驟2)所述碳?xì)湓雍筒襟E3)所述流化氣的作用下，熱處理所述流化床中的經(jīng)流化的銅粉，得到石墨烯/銅粉體材料；

5)燒結(jié)處理所述石墨烯/銅粉體材料，得到石墨烯/銅電接觸材料。

在另一優(yōu)選例中，所述氣相碳源的裂解溫度為800-1200℃，較佳地900-1100℃。

在另一優(yōu)選例中，所述氣相碳源選自下組：甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔、丙炔、或其組合。