[發(fā)明專利]一種石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910296969.0
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110172607B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐若愚;周明瑜;莊啟愷;雷憲章
• 申請（專利權(quán)）人: 全球能源互聯(lián)網(wǎng)歐洲研究院;全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)山西省電力公司
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;H01H1/021
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 胡丹丹

本發(fā)明涉及新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料的制備方法，所述方法在鎢酸銅水溶液中加入氧化石墨烯，脫水及熱壓成型得到所述石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料，所述鎢酸銅易與納米級石墨烯形成均勻的混合物，增強(qiáng)了鎢酸銅與石墨烯的界面結(jié)合力；同時，由于氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)為鎢酸銅提供了活性結(jié)合位點(diǎn)，進(jìn)一步提高了氧化石墨烯與鎢酸銅的結(jié)合力，促使氧化石墨烯在鎢酸銅基底上更好地分散而不聚成團(tuán)、結(jié)合而不易脫落，即便在脫水、還原之后，這種分散和結(jié)合仍能夠得到保留，從而得到穩(wěn)定性高的石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料前體，進(jìn)而有效提高了銅鎢復(fù)合材料的抗電弧燒蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

銅鎢合金是由互不相容的銅、鎢兩相均勻混合形成的假合金，兼有銅和鎢的本征物理性能，具有高強(qiáng)度、高抗燒蝕性能和抗熔焊特性以及良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，因而被廣泛應(yīng)用在各種高壓斷路器的核心部件的電觸頭材料。作為高壓斷路器的核心部件，銅鎢觸頭承載導(dǎo)通電流，當(dāng)電流過載時其及時分?jǐn)喙收想娏鳎员ＷC電網(wǎng)的安全。但在分?jǐn)喙收想娏鲿r，在銅鎢觸頭表面會形成高密度的大電弧，造成觸頭表面熔化，進(jìn)而造成觸頭燒蝕而影響高壓電器運(yùn)行安全和可靠性。現(xiàn)有技術(shù)采用細(xì)化晶粒和微合金化的方法雖然可使觸頭材料具有高的強(qiáng)度和分散電弧特性，進(jìn)而能抑制觸頭的過早燒蝕，但銅鎢觸頭材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，尤其是電弧燒蝕性能之間為此消彼長的制約關(guān)系，合金化和細(xì)化晶粒提高了銅鎢觸頭材料的強(qiáng)度，也必然會促進(jìn)電子散射，導(dǎo)致觸頭材料導(dǎo)電性能的下降，這對電壓等級、開斷電流越來越高的高壓斷路器是極其不利的。因此尋找既能提高機(jī)械強(qiáng)度又能提高導(dǎo)電性能的鎢銅觸頭材料，是解決觸頭材料抗電弧燒蝕問題的關(guān)鍵。

為此，現(xiàn)有技術(shù)在傳統(tǒng)的銅鎢合金材料中添加石墨烯成分，利用石墨烯的良好導(dǎo)熱性能以及耐磨性能來提高復(fù)合材料的抗碰撞、抗摩擦及抗電燒蝕性能。如中國專利文獻(xiàn)CN108950279A公開了一種提高協(xié)同提高CuW觸頭材料電弧燒燒蝕性能的方法，該方法在微米級的銅鎢混合粉末中添加氧化石墨烯，制備氧化石墨烯/鎢銅復(fù)合粉體，然后將所述氧化石墨烯/鎢銅復(fù)合粉體在Ar和H₂組成的混合氣氛中進(jìn)行低溫?zé)徇€原，得到還原氧化石墨烯/鎢銅復(fù)合粉體，最后對所述還原氧化石墨烯/鎢銅復(fù)合粉體進(jìn)行放電等離子液相燒結(jié)，得到銅鎢觸頭材料。然而，納米級的石墨烯材料難以與微米級的銅鎢粉末混合均勻，其易在金屬晶粒表面團(tuán)聚，兩者之間無法緊密結(jié)合。因此，通過上述方法得到的觸頭材料穩(wěn)定性不高，抗電弧燒蝕性能提高受限。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有方法得到的鎢銅觸頭材料因石墨烯與銅鎢粉末難以產(chǎn)生結(jié)合緊密而導(dǎo)致觸頭材料抗電弧燒蝕性能提高受限的缺陷，從而提供一種石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)向鎢酸銅水溶液中加入占所述鎢酸銅質(zhì)量0.1～1％的氧化石墨烯，充分混合、預(yù)脫水、還原，得到石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料前體；

(2)對上述石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料前體進(jìn)行熱壓成型，即得所述石墨烯增強(qiáng)銅鎢復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，步驟(1)所述預(yù)脫水為在0～5℃下冷凍干燥至少24h；或在90～100℃下旋轉(zhuǎn)加熱干燥至少12h；所述旋轉(zhuǎn)的速度為150～250r/min。

進(jìn)一步地，所述還原為在300～400℃下的氫氣環(huán)境下反應(yīng)3～5h。

進(jìn)一步地，所述熱壓成型為放電等離子液相燒結(jié)。

更進(jìn)一步地，所述放電等離子液相燒結(jié)的溫度為1100～1200℃，壓力為80～100MPa，時間為5～10min。

進(jìn)一步地，所述制備方法包括如下步驟：