晶須增強銅基電接觸材料及製備方法
2023-07-03 20:04:36 1
專利名稱：晶須增強銅基電接觸材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及電工觸頭材料技術領域，涉及一種銅基電觸頭材料及製備方法。
背景技術：
目前公開的觸頭專利和正在應用的觸頭材料中，一類是以銀為主成分的銀基電觸頭材料，另一類是以銅為主成分的銅基電觸頭材料。以銀為主成分的銀基電觸頭材料電性能很好，成本很高。以銅為主成分的銅基電觸頭材料成本低，電性能尚不如銀基觸頭。在觸頭使用量越來越多的當今世界，用於觸頭的白銀逐年增加，這就迫切需要一種能夠完全取代銀基觸頭的電接觸材料。晶須是指在人工控制條件下以單晶形式生長成的一種纖維， 其直徑非常小(微米數量級)，不含有通常材料中存在的缺陷(晶界、位錯、空穴等)，其原子排列高度有序，因而其強度接近於完整晶體的理論值。其機械強度等於鄰接原子間力。晶須的高度取向結構不僅使其具有高強度、高模量和高伸長率，而且還具有電、光、磁、介電、 導電、超導電性質。四針狀氧化鋅晶須是迄今所有晶須中唯一具有空間立體結構的晶須， 因其獨特的立體四針狀三維結構，很容易實現在基體材料中的均勻分布，從而各向同性地改善材料的物理性能，同時賦予材料多種獨特的功能特性，如超高強度、各向同性、優異的耐熱性、可調的電學性能、納米半導體活性。特別是氧化鋅的熔點高於1800°C，四針狀氧化鋅晶須可耐1720°C的高溫(高於此溫度可能升華)的特點，作為電接觸材料中抗熔焊成份不會在觸頭表面留下殘餘影響導電的成份，具有得天獨厚的優勢。碳化矽晶須同樣具有優良的機械性能、耐熱性、耐用腐蝕性以及抗高溫氧化性能，該新產品與基質材料具有良好的相容性。特別是在觸頭工作產生電弧時，碳化矽晶須能夠吸收氧氣，阻止或減少銅基體的氧化，同時在高溫電弧作用下，其燃燒所產生的一氧化碳可使觸頭表面的氧化銅還原為金屬銅。採用粉末冶金方法在銅基體中加入碳化矽晶須或氧化鋅晶須，在起到彌散強化作用的同時，對材料電導率影響很小。作為高低壓電器用觸頭使用可以起到良好的抗熔焊、抗電弧燒蝕、抗氧化特別是抗高溫氧化，提高耐磨性、改善觸頭接觸電阻，降低溫升、提高電壽命等作用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高強度、高導電、高導熱、耐氧化、抗熔焊、耐電弧燒損和電壽命長碳化矽晶須或氧化鋅晶須增強銅基電接觸材料及其製備工藝。本發明的目的是這樣實現的
晶須增強銅基電接觸材料由電解銅粉、銅合金粉和晶須組成，晶須為碳化矽晶須或者四針狀氧化鋅晶須，晶須佔電接觸材料總重量的0. 05 10% ；銅合金粉中含有佔電接觸材料總重量0. 05 5%的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合。一種晶須增強銅基電接觸材料的製備方法如下
(1)晶須與電解銅粉、銅合金粉按比例混合，在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨 6 12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅合金粉平均粒度為一 200目；銅合金粉含有的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合，銅合金粉用水霧化法製成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250 300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結1 4小時，溫度800 1000°C；
(4)燒結後的坯料在500 600噸的壓力下復壓；
(5)復壓後的坯料在氬氣保護氣氛下於800 960°C復燒，燒結溫度為1 2小時；
(6)復燒後的坯料於700 950°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理，處理溫度500 870°C，處理時間1 3小
時；
(8)將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。本發明晶須增強銅基電接觸材料，兼具金屬和陶瓷的優良性能，不但強度高，而且具備良好的導電性、導熱性，抗熔焊、耐電弧燒蝕、耐腐蝕、抗氧化尤其高溫抗氧化性等優良特性。可廣泛應用於電接觸材料，如高低壓電器用觸頭材料、電刷、受電弓滑板等。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明。本發明晶須增強銅基電接觸材料是由電解銅粉、銅合金粉與重量百分比為 0. 05 10%的碳化矽晶須或氧化鋅晶須通過粉末冶金工藝方法製備。實施例1
(1)碳化矽晶須1.5kg ；含銀Ikg的銀銅合金粉10kg和電解銅粉88. 5kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨6小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銀銅合金粉平均粒度為一 200目；銀銅合金粉用水霧化法製成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結1小時，溫度1000°C；
(4)燒結後的坯料在500噸的壓力下復壓；
(5)復壓後的坯料在氬氣保護氣氛下於800°C復燒，燒結溫度為2小時；
(6)復燒後的坯料於700°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理，處理溫度500°C，處理時間3小時；
(8)將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。實施例2
(1)氧化鋅晶須粉50kg；含鑭30kg的銅鑭合金粉200kg和電解銅粉750kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨8小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅鑭合金粉平均粒度為一 200目；銅鑭合金粉用水霧化法製成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在^OMh下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結2小時，溫度90°C；
(4)燒結後的坯料在550噸的壓力下復壓；
4(5)復壓後的坯料在氬氣保護氣氛下於860°C復燒，燒結溫度為1.3小時；
(6)復燒後的坯料於800°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理，處理溫度700°C，處理時間1.5小時；
(8)將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。實施例3
(1)氧化鋅晶須0.5kg ；含碲0. 4kg的銅碲合金粉10kg ；含鑭0. 3kg的鑭銅合金粉 10% ；含鋁0. Ikg銅鋁合金粉10kg ；含鋯0. 05kg的銅鋯合金粉10kg和電解銅粉59. 5kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨9小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉、銅碲金粉、鑭銅合金粉、銅鋁合金粉和銅鋯合金粉平均粒度為一 200目；銅碲金粉、鑭銅合金粉、銅鋁合金粉和銅鋯合金粉用水霧化法製成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在^OMh下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結3小時，溫度900°C；
(4)燒結後的坯料在580噸的壓力下復壓；
(5)復壓後的坯料在氬氣保護氣氛下於900°C復燒，燒結溫度為1.5小時；
(6)復燒後的坯料於900°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理，處理溫度850°C，處理時間1.5小時；
(8)將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。實施例4
(1)碳化矽晶須0. 05kg、含碲3g的銅碲合金粉20kg、含鑭Ig的銅鑭合金粉20kg、含鋁0. 5g的銅鋁合金粉10kg、含鋯0. 5g的銅鋯合金粉IOkg和電解銅粉39. 95kkg,在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉、銅碲合金粉、銅鑭合金粉、銅鋁合金粉和銅鋯合金粉平均粒度為一 200目；銅碲合金粉、銅鑭合金粉、 銅鋁合金粉和銅鋯合金粉用水霧化法製成。(2)將所獲得的混合粉末在300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料。(3)圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下於1000°C燒結，燒結溫度為1小時。(4)燒結後的坯料在600噸的壓力下復壓。(5)復壓後的坯料在氬氣保護氣氛下於960°C復燒，燒結溫度為1小時。(6)復燒後的坯料於950°C下熱擠壓成板材。(7)板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理，處理溫度870°C，處理時間1小時； (8)將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。實施例5
(1)氧化鋅晶須10kg；含碲0. 05g銅碲合金粉10kg和電解銅粉80kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅碲合金粉平均粒度為一 200目；銅碲合金粉用水霧化法製成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250 300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結4小時，溫度1000°C；
(4)燒結後的坯料在600噸的壓力下復壓；(5)復壓後的坯料在氬氣保護氣氛下於960°C復燒，燒結溫度為2小時；
(6)復燒後的坯料於950°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理，處理溫度870°C，處理時間3小時；
(8)將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。 銅中添加少量的銀並經過大的變形處理，可以改善其強度、硬度，增加電導、熱導和抗腐蝕性，提高流動性和浸潤性並改善冷熱加工性能。在銅中適量加入稀土元素，能改善銅基合金低溫和高溫的抗氧化能力，提高銅基合金的強度和再結晶溫度，並使電導率略有提高。在銅中適量加鋯、鉻、鋁可以提高銅基材料的中、高溫抗氧化能力、抗燒蝕性能和耐腐蝕性能。鋁、碲在作為觸頭材料時可以通過其汽化降低觸頭溫度和具有滅弧作用。硼在觸頭工作時可以吸收氧，防止或減少銅基觸頭材料的氧化。
權利要求
1.晶須增強銅基電接觸材料，其特徵在於由電解銅粉、銅合金粉和晶須組成，晶須為碳化矽晶須或者四針狀氧化鋅晶須，晶須佔電接觸材料總重量的0. 05 10% ；銅合金粉中含有佔電接觸材料總重量0. 05 5%的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合。
2.一種按照權利要求1所述的晶須增強銅基電接觸材料的製備方法，其特徵在於，方法如下(1)晶須與電解銅粉、銅合金粉按比例混合，在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨 6 12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅合金粉平均粒度為一 200目；銅合金粉含有的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合，銅合金粉用水霧化法製成；(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250 300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結1 4小時，溫度800 1000°C；(4)燒結後的坯料在500 600噸的壓力下復壓；(5)復壓後的坯料在氬氣保護氣氛下於800 960°C復燒，燒結溫度為1 2小時；(6)復燒後的坯料於700 950°C下熱擠壓成板材；(7)板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理，處理溫度500 870°C，處理時間1 3小時；(8)將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。
全文摘要
晶須增強銅基電接觸材料，由電解銅粉、銅合金粉和碳化矽晶須或四針狀氧化鋅晶須組成，銅合金粉中含有鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合；其製備方法如下晶須與電解銅粉、銅合金粉按比例混合，在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨，得到均勻的混合粉末；將所獲得的混合粉末冷等靜壓成圓柱體坯料；將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結；燒結後的坯料復壓；復壓後的坯料在氬氣保護氣氛復燒；復燒後的坯料熱擠壓成板材；板材在氬氣保護氣氛下進行時效處理；將經過時效處理的型材軋制或拉拔加工後，按產品尺寸進行衝裁加工。本發明的電接觸材料，並具備良好的導電性、導熱性，抗熔焊、耐電弧燒蝕、耐腐蝕，尤其高溫抗氧化性好。
文檔編號H01B13/00GK102426867SQ20111024621
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者何肖冰, 倪樹春, 劉新志, 楊叢濤, 王英傑 申請人:哈爾濱東大高新材料股份有限公司