一種複合電觸頭材料的製備方法

2023-09-19 02:24:50 1

專利名稱：一種複合電觸頭材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及電觸頭材料技術，具體為一種在銅基體上直接生長碳納米管，並採用浸漬等工藝製得Cu基體表面覆蓋CNT-Ag複合層的電觸頭材料製備方法。
背景技術：
電觸頭材料是影響開關電器觸頭系統工作可靠性的關鍵因素。長期以來，製備低壓電器用電觸頭材料，一直以銀基合金及銀金屬氧化物為主。其中，AgCdO被稱為「萬能觸頭」，是綜合性能最佳的首選電觸頭或電觸點材料，但「鎘毒」對環境的影響已經引起了人們的關注。近30年來銀基電觸頭研究開發的一個重要內容就是研製能替代AgCdO的新材料， 且已經開發出了一批與AgCdO部分性能相當甚至更優的新型電觸頭材料，如AgSnO、AgaiO、 AgCuO、AgRe、AgC等，並在一些領域實際取代了 AgCdO。但是，隨著現代工業的高速發展，高壓輸電網絡負荷日益增加，電力拖動自動控制水平不斷提高，傳統觸頭材料已經不能滿足觸頭小型化、高可靠性、長壽命等苛刻的電氣性能要求，開發性能更優異的綠色環保型替代材料已成為當務之急。此外，銀作為貴金屬，其產量有限，且價格昂貴，為了節銀，人們在降低觸頭材料中Ag含量的同時，也在進行以廉價金屬代替銀的研究工作。其中最適合的元素是Cu，但Cu的高溫氧化速度較快，且生成的氧化膜(CuO和Cu2O)具有極低的電導率，氧化膜的生長急劇增大了接觸電阻，使Cu及其合金難以作為電接觸材料應用。而在銅基表面覆蓋銀基粉末製備複合電接觸材料，可有效解決Cu表面氧化問題，使材料的電導率大大增加，從而節省銀，降低成本，是未來製備電觸頭材料的新方向。碳納米管(CNTs)是石墨烯片捲曲形成的中空碳籠管。與常規碳纖維相比，碳納米管具有更高的彈性模量、抗拉強度及更好的韌性。2004年，Hjortstam等提出了超低電阻材料的概念，即利用CNTs的彈道傳輸特性，在理想狀態下與金屬基體(Cu、Ti)複合，添加 30-60Vol%的CNTs可使複合材料的室溫電阻抗降到純銅的1/2。因此，通過合理設計，將 CNTs引入到電觸頭材料的製備中，有望突破目前常規添加物的限制，製備出新一代高性能環保電觸頭材料。近年來的研究表明，CNTs與金屬基體的接觸界面在很大程度上決定了複合材料的性能。降低CNTs與金屬基體的接觸電阻是獲得高導電率複合材料的關鍵之一。而在金屬基底上直接生長CNTs則是獲得低接觸電阻界面的最直接有效的方法。然而，不同於陶瓷等不導電基體，大部分金屬的活性較高，在高溫下與催化劑容易發生反應，從而影響其活性，制約CNTs的生長，因此控制催化劑與基體的反應，保持催化劑活性是在金屬基體上製備CNTs的關鍵。目前常採用的方法是在導電基體上與催化劑之間添加Al2O3等中間薄層。 Parthangal等雖然在Ag、W、Cu等多種金屬和合金基底上直接生長出CNTs，但所採用的複合催化劑中必須含有一定量的Al2O3，Al2O3對狗與基體的阻斷作用是生長CNTs的必要條件。最近，Nessim等以狗為催化劑，高溫預熱進料氣，而將基板放在低溫區，直接在Ta基底上生長出CNTs，在此過程中，溫度控制是關鍵，基板保持低溫可以減少金屬基體與催化劑的反應，但導電基體與催化劑的具體作用機理及對CNTs陣列生長的影響仍不清楚，且過程複雜。如何控制金屬基底與催化劑的反應，揭示其作用機制仍然是目前面臨的主要挑戰。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種複合電觸頭材料的製備方法，該製備方法通過合理控制催化劑與Cu基體之間的反應，在不添加任何擴散阻斷層的情況下，在Cu基體上直接生長出不同結構的CNTs，然後採用浸漬等工藝將銀填充進 CNTs網絡中，製成一種以銅為基體、CNTs-^Vg為接觸層的高效能複合電觸頭材料，且工藝簡單，產品廉價，適於工業化實施。本發明解決所述技術問題的技術方案是，設計一種複合電觸頭材料的製備方法， 該製備方法包含以下工藝過程1)製備催化劑前驅體取樣本銅片，先用機械方法拋光，拋光之後的樣本銅片依次在蒸餾水-丙酮-酒精中進行超聲波清洗，乾燥後進行等離子體處理或微氧化處理後備用；再配置催化劑溶液，催化劑溶液由六水硝酸鎳、六水硝酸鈷或九水硝酸鐵與六水硝酸釔的混合水溶液配製而成M基、Co基或!^e基催化劑，其中六水硝酸鎳、六水硝酸鈷或九水硝酸鐵的濃度為 0. 0001-lmol/L，鎳、鈷或鐵與釔的質量比為1_10 ；然後將處理後的樣本銅片浸入上述催化劑溶液中，使樣本銅片上負載一層催化劑溶液，再將該銅片放入真空乾燥箱中，在80-100°C 下乾燥1小時，得到均勻分布在Cu基體表面的Y摻雜催化劑前軀體；所述等離子處理為氬氣等離子處理，處理時間0. 5-10min ；所述微氧化處理的條件是，空氣中處理，處理溫度 100-300°C，處理時間 0. l-2h ；2)製備碳納米管陣列取步驟1)所得催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區； 在氬氣保護下升溫至200-40(TC，並在此溫度下煅燒1-4小時，進行分解反應；然後將溫度升到500-850°C，通入混合反應氣體，進行催化裂解反應；所述混合反應氣體為氬氣、氫氣與乙炔/甲烷氣體按Ar H2 C2H2或CH4 = 100-400 5-200 5-100的流量比配製，反應0. 2-lh後，關掉混合反應氣體，保溫Ο-lh，然後在氬氣氛圍下，將爐溫降至室溫，得到在銅基體上生長有CNTs陣列的樣本銅片；3)製備 COTs-Ag-Cu將步驟幻所製備的樣本銅片進行氬氣等離子體功能化處理，或將步驟2)所述的樣本銅片浸入濃度為0. l-10mol/L的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉水溶液中處理 0. 5-1. Omin，然後將濃度0. 01-10mol/L的硝酸銀水溶液或硝酸銀酒精溶液加到處理後的樣本銅片上，或將所述的樣本銅片浸入到濃度0. Ol-lOmol/L的硝酸銀溶液中，並在400W低超聲功率輔助下，使硝酸銀溶液浸入到所述樣本銅片的CNTs陣列中，再將樣本銅片置於氬氣保護中，在200-400 V下進行蒸發分解0. 2-2h，並重複3_20次，直到所述樣本銅片的CNTs 陣列被完全填充滿；然後將所得CNTs-Ag-Cu複合材料在50-500MPa下壓制後，再在真空或 Ar氣保護下、於400-900°C進行燒結，或者在壓力20-200MPa，溫度300-70(TC下進行熱壓， 即在銅基體上得到密實的碳納米管增強Ag基複合薄膜的複合電觸頭材料。與現有技術相比，本發明製備方法採用化學氣相沉積技術在銅基板表面直接生長 CNTs陣列，再用浸漬、燒結等技術將Ag填充進CNTs陣列中，製得定向排列CNTs-Ag複合覆層的新型電觸頭材料，具有以下優點=(I)CNTs在銅基體表面直接生長，且與基體形成緊密結合，從而降低接觸電阻，提高系統的傳導性；(2)複合電觸頭材料中，CNTs在平行於電流傳輸方向上相對有序排列，有利於發揮CNTs的彈道傳導特性；(3)位於CNTs頂端的少量稀土改性M基納米催化劑易於在Ag基體表層彌散分布，可進一步提高材料的耐機械磨損性和抗熔焊性等；(4)銀的使用量大大降低，從而使電觸頭材料的整體性價比提高。


圖1為採用本發明製備方法工藝過程及所製得的CNTs-Ag-Cu複合電觸頭材料結構的示意圖，其中，1為碳納米管，2為催化劑，3為銀薄膜，4為銅基體；圖2為本發明製備方法製得的在Cu基體上直接生長的CNTs形貌的SEM照片圖， 其中a圖為垂直陣列狀CNTs的SEM圖；b圖為螺旋狀CNTs的SEM圖；圖3為本發明製備方法製得的在Cu基體上直接生長的CNTs-Ag複合層的俯視SEM 照片圖(這張圖是從上面照的俯視圖，只看到碳納米管和銀的表面形貌，看不到銅基體)。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發明本發明設計的複合電觸頭材料的製備方法(簡稱製備方法，參見圖1-3)，簡單說是通過製備新型複合催化劑和精確控制實驗過程，採用化學氣相沉積技術在銅基板表面直接生長CNTs陣列，再用浸漬、燒結等技術將Ag填充進CNTs陣列中，製得定向排列CNT-Ag 複合覆層的新型複合電觸頭材料。其具體工藝過程是1)製備催化劑前驅體實施例取直徑12mm、厚度3mm的樣本銅片，先用機械方法拋光樣本銅片，拋光之後的樣本銅片依次在蒸餾水-丙酮-酒精中進行超聲波清洗，乾燥後，進行等離子體處理或微氧化處理，然後備用；再配置催化劑溶液，催化劑溶液由六水硝酸鎳、六水硝酸鈷或九水硝酸鐵與六水硝酸釔混合水溶液配製而成Ni基、Co基或!^e基催化劑，其中六水硝酸鎳、六水硝酸鈷或九水硝酸鐵的濃度為0. 0001-lmol/L，鎳、Co或!^e與釔的質量比為1_10 ；然後將處理後的樣本銅片浸入上述溶液中，使樣本銅片上負載一層催化劑溶液，再將該銅片放入真空乾燥箱中，在80-100°C下乾燥1小時，得到均勻分布在Cu基體表面的Y摻雜催化劑前軀體；所述等離子處理為氬氣等離子處理，處理時間0. 5-10min ；所述微氧化處理的條件是，空氣中處理，處理溫度100-300°C，處理時間0. l-2h ；2)製備碳納米管陣列取步驟1)所得催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區； 在氬氣保護下升溫至200-40(TC，並在此溫度下煅燒1-4小時，發生分解反應；然後將溫度升到500-850°C，通入混合反應氣體，進行催化裂解反應，所述混合反應氣體為氬氣、氫氣與乙炔或甲烷氣體按Ar H2 C2H2或CH4 = 100-400 5-200 5-100的流量比配製，反應0. 2-lh後，關掉混合反應氣體，保溫Ο-lh，然後在氬氣氛圍下，將爐溫降至室溫，得到在銅基體上生長有CNTs陣列的樣本銅片；3)製備 COTs-Ag-Cu將步驟幻所製備的生長有CNTs的樣本銅片進行氬氣等離子體功能化處理，或將生長有CNTs的樣本銅片浸入濃度為0. l-10mol/L的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉水溶液中處理0. 5-1. Omin，然後將濃度0. 01-10mol/L的硝酸銀水溶液或硝酸銀酒精溶液加到處理後的生長有CNTs的樣本銅片上，或將處理後的生長有CNTs的樣本銅片浸入到濃度0. Ol-lOmol/L的硝酸銀溶液中，並在400W低超聲功率輔助下，使硝酸銀溶液浸入到所述樣本銅片CNTs陣列中，並與CNTs充分接觸，然後將樣本銅片置於氬氣保護中，在 200-400°C下進行蒸發分解0. 2-2h，並重複3_20次，直到CNTs陣列被完全填充滿；然後將所得CNTs-Ag-Cu複合材料在50-500MPa下壓制後，再在真空或Ar氣保護下、於400_900°C 進行燒結，或者在壓力20-200MPa，溫度300-700°C下進行熱壓，即在銅基體上得到密實的碳納米管增強Ag基複合薄膜的複合電觸頭材料。本發明製備方法是在銅基體上生長碳納米管之後再往碳納米管的縫隙中注入硝酸銀，然後還原出銀單質，使得在銅基體表面形成一層碳納米管和銀薄膜的複合電觸頭材料，工藝簡單，成本低廉，適於工業化實施，所得複合電觸頭材料主要適用於做高效能電觸頭。本發明未述及之處適用於現有技術。以下給出本發明製備方法的具體實施例。實施例1將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光，拋光之後將銅片放入50ml蒸餾水溶液中進行超聲波清洗lOmin，然後再依次放入50ml丙酮溶液和酒精溶液中分別進行超聲波清洗lOmin。清洗完之後將銅片在室溫下吹乾，乾燥後再進行氬氣等離子處理 0. 5min。然後配置六水硝酸鎳、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鎳濃度為 O.OOOlmol/L，鎳、釔質量比Ni Y為1 1。然後在氬氣等離子處理完的銅片上浸漬一層濃度0. 0001mol/L的Ni/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在80°C下真空乾燥1小時，得到Ni/Y/Cu催化劑前軀體；然後取得到的Ni/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部的恆溫區；在氬氣保護下升溫至200°C，氬氣流量為lOOsccm，並在 200°C下煅燒1小時，然後將溫度升到500°C，通入乙炔和氫氣(氬氣、氫氣、乙炔氣體流量比 Ar H2 C2H2 為 400sccm 200sccm IOOsccm)進行生長 CNTs，生長時間為 lh，生長完之後在氬氣(氬氣量為lOOsccm)氛圍下保溫lh，然後將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。 然後將0. 01mol/L的硝酸銀酒精溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W功率的超聲輔助下，使溶液浸入到CNTs陣列中，並與CNTs充分接觸，然後放入管式爐中在300°C下氬氣保護下蒸發分解30min，並重複20次；然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行300MPa壓制，700°C 下真空燒結，即得到密實的CNT-Ag-Cu複合電觸頭材料。實施例2將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再進行等離子處理lmin。然後配置六水硝酸鎳、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鎳濃度為0.02mol/L，鎳釔質量比Ni Y為2 1。然後在等離子處理完的銅片上浸漬一層0. 02mol/L的Ni/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在100°C下真空乾燥1小時，得到Ni/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Ni/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至400°C，氬氣量為lOOsccm，並在400°C 下煅燒1小時，然後將溫度升到750°C，通入乙炔和氫氣(氬氣、氫氣、乙炔氣體流量比Ar H2 C2H2 為 150sccm 50sccm 50sccm)進行生長 CNTs，生長時間為 30min，生長完之後在氬氣(氬氣量為lOOsccm)氛圍下將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將CNTs陣列進行氬氣等離子體處理2分鐘後，浸入5mol/L的硝酸銀水溶液中充分浸潤後取出放入管式爐中在250°C氬氣保護下蒸發分解Ih，並重複5次。然後將CNTs-Ag-Cu在50MPa下500°C 熱壓20min，即得到密實的CNTs-Ag-Cu複合電觸頭材料。實施例3將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再將銅片置於空氣中在100°C下氧化池。然後配置六水硝酸鎳、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鎳濃度為lmol/L，鎳釔質量比Ni Y為5 1。然後在等離子處理完的銅片上浸漬一層lmol/L的Ni/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在100°C下真空乾燥1小時，得到Ni/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Ni/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至400°C，氬氣量為200sCCm，並在 400°C下煅燒4小時，然後將溫度升到850°C，通入乙炔和氫氣(氬氣、氫氣、乙炔氣體流量比 Ar H2 C2H2 為 180sccm 50sccm 20sccm)進行生長 CNTs，生長時間為 0. 2h，生長完之後在氬氣(氬氣量為200sCCm)氛圍下將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將IOmol/ L的硝酸銀水溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W低功率超聲輔助下，使溶液浸入到陣列中並與CNTs充分接觸，然後放入管式爐中在400°C下氬氣保護下蒸發分解0. 2h，並重複3次。然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行500MPa壓制，900°C下Ar保護燒結，即得到密實的CNT-Ag-Cu複合電觸頭材料。實施例4將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再進行等離子處理lOmin。然後配置六水硝酸鎳、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鎳濃度為0.005mol/L，鎳釔質量比Ni Y為10 1。然後在等離子處理完的銅片上浸漬一層0. 005mol/L的Ni/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在90°C下真空乾燥 1小時，得到Ni/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Ni/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至300°C，氬氣量為lOOsccm，並在 300°C下煅燒3小時，然後將溫度升到800°C，通入乙炔和氫氣(氬氣、氫氣、乙炔氣體流量比 Ar H2 C2H2 為 180sccm 20sccm 20sccm)進行生長 CNTs，生長時間為 30min，生長完之後在氬氣(氬氣量為lOOsccm)氛圍下將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將4mol/L 的硝酸銀酒精溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W低功率超聲輔助下，使溶液浸入到陣列中並與CNTs充分接觸，然後放入管式爐中在250°C下氬氣保護下蒸發分解2h，並重複 3次。然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行200MPa下700°C熱壓lh，即得到密實的CNT-Ag-Cu 複合電觸頭材料。實施例5將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再將銅片置於空氣中在300°C下氧化30min。然後配置六水硝酸鎳、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鎳濃度為0.2mol/L，鎳釔質量比Ni Y為6 1。然後在等離子處理完的銅片上浸漬一層0. 2mol/L的Ni/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在80°C下真空乾燥1小時，得到Ni/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Ni/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至200°C，氬氣量為200sCCm， 並在200°C下煅燒4小時，然後將溫度升到750°C，通入甲烷和氫氣(氬氣、氫氣、甲烷氣體流量比 Ar H2 CH4* 400sccm 200sccm IOOsccm)進行生長 CNTs，生長時間為 lh， 生長完之後在氬氣(氬氣量為200sCCm)氛圍下將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將 7mol/L的硝酸銀水溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W低功率超聲輔助下，使溶液浸入到陣列中並與CNTs充分接觸。然後放入管式爐中在350°C下氬氣保護下蒸發分解1. 5h， 並重複10次。然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行50MPa壓制，400°C下真空燒結，即得到密實的CNT-Ag-Cu複合電觸頭材料。實施例6將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再進行氬氣等離子處理lmin。然後配置六水硝酸鈷、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鈷濃度為0.05mol/L，鈷釔質量比Co Y為5 1。然後在等離子處理完的銅片上浸漬一層0. 05mol/L的Co/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在80°C下真空乾燥 1小時，得到Co/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Co/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至400°C，氬氣量為lOOsccm，並在 400°C下煅燒1小時，然後將溫度升到800°C，通入乙炔和氫氣(氬氣、氫氣、乙炔氣體流量比 Ar H2 C2H2 為 300sccm 150sccm IOOsccm)進行生長 CNTs，生長時間為 lh，生長完之後在氬氣(氬氣量為lOOsccm)氛圍下保溫lh，然後將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將5mol/L的硝酸銀水溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W低功率超聲輔助下，使溶液浸入到陣列中並與CNTs充分接觸，然後放入管式爐中在300°C下氬氣保護下蒸發分解 2. 5h，並重複20次。然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行20MPa下300°C熱壓3h，即得到密實的CNT-Ag-Cu複合電觸頭材料。實施例7將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再將銅片置於空氣中在100°C下氧化池。然後配置六水硝酸鈷、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鈷濃度為O.Olmol/L，鈷釔質量比Co Y為2 1。然後在氬氣等離子處理完的銅片上浸漬一層0. 01mol/L的Co/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在100°C下真空乾燥1小時，得到Co/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Co/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至300°C，氬氣量為lOOsccm， 並在300°C下煅燒3小時，然後將溫度升到700°C，通入甲烷和氫氣(氬氣、氫氣、甲烷氣體流量比Ar H2 CH4 SlOOsccm 5sccm 5sccm)進行生長CNTs，生長時間為lh，生長完之後在氬氣(氬氣量為lOOsccm)氛圍下將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將lmol/ L的硝酸銀酒精溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W低功率超聲輔助下，使溶液浸入到陣列中並與CNTs充分接觸，，然後放入管式爐中在400°C下氬氣保護下蒸發分解2. 5h， 並重複20次。然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行IOOMPa下500°C熱壓2h，即得到密實的 CNT-Ag-Cu複合電觸頭材料。實施例8將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再進行等離子處理5min。然後配置九水硝酸鐵、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鐵濃度為O.OOOlmol/L，鐵釔質量比Fe Y為1 1。然後在氬氣等離子處理完的銅片上浸漬一層0. 0001mol/L的Fe/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在90°C下真空乾燥1小時，得到Fe/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Fe/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至400°C，氬氣量為lOOsccm，並在400°C下煅燒1小時，然後將溫度升到800°C，通入乙炔和氫氣(氬氣、氫氣、乙炔氣體流量比Ar H2 C2H2為IOOsccm 5 sccm 5sccm)進行生長CNTs，生長時間為lh，生長完之後在氬氣(氬氣量為lOOsccm)氛圍下將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將9mol/ L的硝酸銀水溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W低功率超聲輔助下，使溶液浸入到陣列中並與CNTs充分接觸，然後放入管式爐中在200°C下氬氣保護下蒸發分解1. 5h，並重複10次。然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行250MPa壓制，800°C下真空燒結，即得到密實的 CNT-Ag-Cu複合電觸頭材料。實施例9將直徑12mm厚度3mm的銅片先進行機械拋光、清洗與乾燥同實施例1，再進行等離子處理5min。然後配置九水硝酸鐵、六水硝酸釔混合水溶液作為催化劑溶液，其中硝酸鐵濃度為O.OOOlmol/L，鐵釔質量比Fe Y為1 1。然後在氬氣等離子處理完的銅片上浸漬一層0. 0001mol/L的Fe/Y催化劑溶液，再將銅片放入真空乾燥箱中在90°C下真空乾燥1小時，得到Fe/Y/Cu催化劑前軀體。然後取得到的Fe/Y/Cu催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至400°C，氬氣量為lOOsccm，並在 400°C下煅燒1小時，然後將溫度升到800°C，通入乙炔和氫氣(氬氣、氫氣、乙炔氣體流量比 Ar H2 C2H2為IOOsccm 5sccm 5sccm)進行生長CNTs，生長時間為lh，生長完之後在氬氣(氬氣量為lOOsccm)氛圍下將爐溫降至室溫，得到CNTs陣列。然後將生長有CNTs 陣列的樣本浸入濃度為Imol/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中，然後取出樣本並用蒸餾水超聲清洗lOmin。然後將lOmol/L的硝酸銀水溶液滴加到製備的CNTs陣列上，並在400W低功率超聲輔助下，使溶液浸入到陣列中並與CNTs充分接觸，然後放入管式爐中在250°C下氬氣保護下蒸發分解lh，並重複5次。然後將CNTs-Ag-Cu複合材料進行200MPa壓制，700°C 下真空燒結，即得到密實的CNT-Ag-Cu複合電觸頭材料。
權利要求
1.一種複合電觸頭材料的製備方法，其具體工藝過程是1)製備催化劑前驅體取樣本銅片，先用機械方法拋光，拋光之後的樣本銅片依次在蒸餾水-丙酮-酒精中進行超聲波清洗，乾燥後進行等離子體處理或微氧化處理後備用；再配置催化劑溶液，所述催化劑溶液由六水硝酸鎳、六水硝酸鈷或九水硝酸鐵與六水硝酸釔的混合水溶液配製而成的m基、Co基或!^e基催化劑，其中六水硝酸鎳、六水硝酸鈷或九水硝酸鐵的濃度為 0. 0001-lmol/L，鎳、鈷或鐵與釔的質量比為1_10 ；然後將處理後的樣本銅片浸入催化劑溶液中，使樣本銅片上負載一層催化劑溶液；再將該銅片放入真空乾燥箱中，在80-100°C 下乾燥1小時，得到均勻分布在Cu基體表面的Y摻雜催化劑前軀體；所述等離子處理為氬氣等離子處理，處理時間0. 5-10min ；所述微氧化處理的條件是，空氣中處理，處理溫度 100-300°C，處理時間 0. l-2h ；2)製備碳納米管陣列取步驟1)所得催化劑前驅體，放入石英舟中，將石英舟置於反應管中部恆溫區；在氬氣保護下升溫至200-400°C，並在此溫度下煅燒1-4小時，進行分解反應；然後將溫度升到 500-850°C，通入混合反應氣體，進行催化裂解反應；所述混合反應氣體為氬氣、氫氣與乙炔或甲烷氣體按Ar H2 C2H2或CH4 = 100-400 5-200 5-100的流量比配製，反應0. 2_lh 後，關掉混合反應氣體，保溫Ο-lh，然後在氬氣氛圍下，將爐溫降至室溫，得到在銅基體上生長有CNTs陣列的樣本銅片；3)製備COTs-Ag-Cu將步驟幻所製備的樣本銅片進行氬氣等離子體功能化處理，或將步驟幻所述的樣本銅片浸入濃度為0. l-10mol/L的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉水溶液中處理0. 5-1. Omin, 然後將濃度0. Ol-lOmol/L的硝酸銀水溶液或硝酸銀酒精溶液加到處理後的樣本銅片上， 或將所述的樣本銅片浸入到濃度0. 01-10mol/L的硝酸銀溶液中，並在400W低超聲功率輔助下，使硝酸銀溶液浸入到所述樣本銅片的CNTs陣列中，再將樣本銅片置於氬氣保護中， 在200-400°C下進行蒸發分解0. 2-2h，並重複3_20次，直到所述樣本銅片的CNTs陣列被完全填充滿；然後將所得CNTs-Ag-Cu複合材料在50-500MPa下壓制後，再在真空或Ar氣保護下、於400-900°C進行燒結，或者在壓力20-200MPa，溫度300-700°C下進行熱壓，即在銅基體上得到密實的碳納米管增強Ag基複合薄膜的複合電觸頭材料。
2.一種由權利要求1所述複合電觸頭材料的製備方法所製得的複合電觸頭材料。
3.一種由權利要求1所述複合電觸頭材料的製備方法所製得的複合電觸頭材料用於做電觸頭。
全文摘要
本發明公開一種複合電觸頭材料的製備方法，工藝過程是1)製備催化劑前驅體，由六水硝酸鎳與六水硝酸釔的混合水溶液配製成Ni基催化劑，鎳釔的質量比為1-10；並沉積在等離子處理洗淨後的樣本銅片上，得到催化劑前軀體；2)製備CNTs陣列，取催化劑前驅體放入石英舟中；在氬氣保護下進行分解反應；然後進行催化裂解反應；得到生長有CNTs陣列的樣本銅片；3)製備CNTs-Ag-Cu複合電觸頭材料，將硝酸銀水溶液加到生長有CNTs的樣本銅片上，並在低超聲下，使硝酸銀溶液浸入到樣本銅片的CNTs陣列中，蒸發分解0.2-2h，重複所作3-20次，直到所述CNTs陣列被完全填充滿即得。
文檔編號H01H1/04GK102324335SQ201110151210
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者喬志軍, 唐英, 孫榮祿, 師春生, 康建立, 張虎, 秦凱強, 趙乃勤, 雷怡文 申請人:天津工業大學