本发明涉及一种复合材料,具体涉及一种ag-mxene触头材料及制备方法和用途，属于触头材料技术领域。
背景技术：
触头是低压开关的核心部件，负责接通、承载和分断电流，其性能直接关系到电器设备的可靠性。理想触头材料应具有良好的导电、导热、抗熔焊、抗材料转移、抗电弧侵蚀性能以及低而稳定的接触电阻。ag基触头材料在低压开关中应用最为广泛，常见有ag/cdo、ag/sno2、ag/zno、ag/ni、ag/c、ag/w、ag/wc等，在结构、性能以及应用等方面各具特色。其中，万能触头“ag/cdo”性能最为优异，应用最为广泛，但是cd的毒性迫使其逐渐退出触头市场。而ag/sno2、ag/zno、ag/ni、ag/c、ag/w、ag/wc等替代材料也存在各种各样的问题，例如加工性差、接触电阻大、温升明显、抗电弧侵蚀能力和抗熔焊性能差等。随着科技的进步，航天航空、高速列车、电动汽车、智能电网、智能电器等行业的快速发展，对低压开关用ag基触头材料的性能提出了更高的要求，开发新型触头材料迫在眉睫。
2011年，一种新型过渡金属碳化物ti3c2进入人们的视野，被命名为“mxene”(m.w.barsoum等,adv.mater.,2011,23(37):4248-4253)。到目前为止，除了ti3c2，已经被制备并确认的mxene的还有ti2c，ta4c3，ti3cn，(ti0.5,nb0.5)2c，(v0.5,cr0.5)3c2(m.naguib等,acsnano,2012,6(2):1322-1331)，nb2c，v2c(m.naguib等，j.am.chem.soc.,2013,135(43):15966-15969)，nb4c3(m.w.barsoum,chem.commun.,2014,50(67):9517-9520)等。mxene是一种类似于石墨烯的纳米层状材料，这种特殊的纳米层状结构赋予了它新的特性和应用潜力。优良的导电性与延展性使得mxene可以媲美多层石墨烯，非常有希望应用于锂离子电池(j.c.lei,front.phys.,2015,10(3):276-286)和超级电容器(m.q.zhao,adv.mater.,2015,27(2):339-345)中。表面功能化的mxene具有半导体特性，在高温下可用作能量转换材料(m.khazaei,phys.chem.chem.phys.,2014,16(17):7841-7849)。此外，多层结构和大的比表面积使得mxene具有潜在的吸附性能，很有希望在重金属吸附和储氢领域发挥作用(q.hu,j.phys.chem.a,2013,117(51):14253-14260)。在mxene中，由于没有了a原子层，其化学性质较max更加稳定。此外，结构类似多层石墨烯的层状结构使得mxene拥有优良的摩擦和加工性能。因此，mxene特殊的结构和性质让我们看到了其作为ag基触头材料增强相的潜力。目前，尚未见到mxene作为增强相应用于触头材料的相关报道，因而开发一种新型的ag/mxene触头材料意义非凡，在未来很有希望替代ag/cdo等传统触头材料大规模应用于低压开关。
技术实现要素：
技术问题：本发明提供了一种ag-mxene触头材料及其制备方法和用途，该复合材料环保无毒、制备工艺简单、易实现产业化，适合大规模应用于低压开关领域。该复合触头材料可以解决目前应用中的触头材料存在的问题：包括有毒、温升大、接触电阻高、抗电弧侵蚀能力差、抗熔焊性强等。
技术方案：本发明的一种ag-mxene触头材料，在该触头材料中，ag占所述触头材料的质量百分比为50～99％，mxene占所述触头材料的质量百分比为1～50％。
其中，所述mxene包括以下组分：ti3c2、ti2c、ta4c3，、ti3cn、nb2c、v2c、nb4c3、(ti0.5,nb0.5)2c或(v0.5,cr0.5)3c2。
本发明的ag-mxene触头材料的制备方法包括如下步骤：
步骤s1:按质量百分比的比例称取ag粉和mxene粉；
步骤s2:将步骤s1中的ag-mxene粉末充分混合，得到均匀混合粉料；
步骤s3:将步骤s2中得到的混合粉料置于模具中压制成坯体；
步骤s4:将步骤s3中得到的坯体置于烧结炉中，在惰性气氛或真空保护下，以设定的升温速率加热到处理温度并保温，即可得到该触头材料。
其中，步骤s1中，所述ag粉的粒径为1～100μm，所述mxene纯度大于90％，粒径为1～100μm。
步骤s2中，所述粉料充分混合是指湿法混合5～25h。
步骤s3中，所述压制的压力为10～800mpa。
步骤s4中，所述惰性气氛为ar气或氮气。所述的升温速率为1～50℃/min。所述处理温度为500～1200℃；所述保温时间为0.5～5h。
本发明的ag-mxene触头材料适用于接触器、继电器、断路器的低压开关设备。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)触头材料的增强相mxene主要由ti、c、n、nb、v等组成，无毒环保；
2)利用湿法混合工艺，有利于原料粉末的充分混合；
3)在常压下以及普通烧结炉中即可获得该触头材料，设备简单、成本低廉，适合大规模生产；
4)该技术制备出的ag-mxene复合触头材料组织均匀，无团聚现象；
5)制备出的ag-mxene复合触头材料密度高，硬度适中，导电性优异，抗电弧侵蚀和抗熔焊性能优良，适合大规模应用于接触器、继电器、断路器等低压开关领域。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的描述：
实施例1：
按照材料所占的质量分数:ag(50％),ti3c2(50％)，称取ag粉5g、ti3c2粉5g；混合后，在10mpa下压制成坯体，在真空保护下，以1℃/min的升温速率加热至500℃，保温0.5h，冷却后得到ag-50％ti3c2触头材料。密度8.621g/cm3，硬度hv60，电阻率28×10-3μω·m。
实施例2：
按照材料所占的质量分数:ag(65％),ta4c3(35％)，称取ag粉9.29g、ti3c2粉5g；混合后，在50mpa下压制成坯体；在ar气氛保护下，以6℃/min的升温速率加热至600℃，保温0.8h，冷却后得到ag-35％ta4c3触头材料。密度8.651g/cm3，硬度hv62，电阻率29×10-3μω·m。
实施例3：
按照材料所占的质量分数:ag(70％),ti3cn(30％)，称取ag粉11.67g、ti3c2粉5g；混合后，在100mpa下压制成坯体；在氮气氛保护下，以10℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，冷却后得到ag-30％ti3cn触头材料。密度8.633g/cm3，硬度hv66，电阻率30×10-3μω·m。
实施例4：
按照材料所占的质量分数:ag(75％),ti2c(25％)，称取ag粉15g、ti3c2粉5g；混合后，在200mpa下压制成坯体；在ar气氛或真空保护下，以15℃/min的升温速率加热至800℃，保温2h，冷却后得到ag-25％ti2c触头材料。密度8.627g/cm3，硬度hv63，电阻率27×10-3μω·m。
实施例5：
按照材料所占的质量分数:ag(80％),nb2c(20％)，称取ag粉20g、ti3c2粉5g；混合后，在300mpa下压制成坯体；在氮气氛或真空保护下，以20℃/min的升温速率加热至900℃，保温3h，冷却后得到ag-20％nb2c触头材料。密度8.639g/cm3，硬度hv61，电阻率31×10-3μω·m。
实施例6：
按照材料所占的质量分数:ag(85％),v2c(15％)，称取ag粉28.33g、ti3c2粉5g；混合后，在400mpa下压制成坯体；在ar气氛保护下，以30℃/min的升温速率加热至1000℃，保温3.5h，冷却后得到ag-15％v2c触头材料。密度8.642g/cm3，硬度hv65，电阻率28×10-3μω·m。
实施例7：
按照材料所占的质量分数:ag(90％),nb4c3(10％)，称取ag粉45g、ti3c2粉5g；混合后，在500mpa下压制成坯体；在氮气氛或真空保护下，以40℃/min的升温速率加热至1100℃，保温4h，冷却后得到ag-10％nb4c3触头材料。密度8.622g/cm3，硬度hv62，电阻率32×10-3μω·m。
实施例8：
按照材料所占的质量分数:ag(95％),(ti0.5,nb0.5)2c(5％)，称取ag粉95g、ti3c2粉5g；混合后，在600mpa下压制成坯体；在ar气氛或真空保护下，以45℃/min的升温速率加热至1150℃，保温5h，冷却后即得到ag-5％(ti0.5,nb0.5)2c触头材料。密度8.653g/cm3，硬度hv67，电阻率34×10-3μω·m。
实施例9：
按照材料所占的质量分数:ag(99％),(v0.5,cr0.5)3c2(1％)，称取ag粉495g、ti3c2粉5g；混合后，在800mpa下压制成坯体；在真空保护下，以50℃/min的升温速率加热至1200℃，保温3h，冷却后即得到ag-1％(v0.5,cr0.5)3c2触头材料。密度8.663g/cm3，硬度hv68，电阻率33×10-3μω·m。