电接触材料以及制备该电接触材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有优秀的电特性和机械特性的电接触材料，以及制备该电接触材料 的方法。
【背景技术】
[0002] 电接触材料是电导的接触元件，用在当电路在如断路器或开关的电装置中开启或 闭合时接触的部分。所述电接触材料应用于发动机开关、开关设备、MCBs、紧凑式发动机和 灯、汽车、家用电器等。
[0003] 所述电接触材料要求高熔点、优秀的导电性和导热性、低接触电阻、优秀的抗焊接 性、与抗磨损性相关的高硬度、接触面变形小等物理性质。
[0004] 所述电接触材料可以分为低电流（1A以下）的接触材料、中电流（1到600A)的接 触材料和高电流（600A以上）的接触材料。通常，导电性优秀的材料用作所述低电流的接 触材料。具有优秀的导电性、高抗磨损性、高熔点等的材料用作所述中电流的接触材料。熔 点高的材料用作所述高电流的接触材料。
[0005] 所述电接触材料也可以分为基于钨的接触材料、基于氧化银的接触材料和基于贵 金属的接触材料。在这些接触材料中通常使用的接触材料是基于银-氧化镉（Ag-CdO)的 接触材料。
[0006] 银（Ag)具有非常优秀的导电性和导热性，接触电阻低并且抗腐蚀性高。因此，Ag 常用作电触点的基材。但是，Ag的抗磨损性和抗冲击性弱，并且昂贵。据此，当Ag用作电 接触材料时，所述电接触材料占开关造价的大约30到60%。
[0007] 为了解决这个问题，使用Ag和氧化镉（CdO)的合金或Ag和镍（Ni)的合金。特别 地，Ag-CdO合金被广泛使用。所述Ag-CdO合金的抗焊接性和抗磨耗性优秀，并且在电触点 的开启/闭合中温度增加率相对小，以及接触电阻低。因此，所述Ag-CdO合金有稳定的热特 性和电特性。特别地，所述Ag-CdO合金广泛用作电接触材料。但是，在基于Ag-CdO的接触 材料中，随着从所述材料表面到所述材料内部进行氧化，氧化物粒子粗化，并且形成稀疏氧 化层。因此，所述接触材料的硬度降低，并且所述接触材料的抗磨损性减小，从而引起麻烦。 CdO是一种毒性强的材料并且存在环境污染的问题。由于Ag的价格增加，Ag增加了所述电 接触材料的总成本。据此，可以开发一种能够取代所述Ag-CdO接触材料的电接触材料。
[0008] 近来，已经提出一种通过向金属中加入一种基于碳的化合物来制备的电接触材料 以便改善所述电接触材料的抗磨损性、电特性等。例如，第102324335号、第001624175号 和第001256450号中国专利已经公开了包含Ag粉和碳纳米管（CNTs)的电接触材料。在这 些文件中描述的电接触材料包含CNTs，从而改善触点的电特性。但是，该电接触材料的银 (Ag)含量仍高。因此，制备成本高，制备过程复杂等等。
【发明内容】
[0009] 因此，本发明的详细说明的一个方面是提供一种在具有电特性和机械特性的同时 能够在低成本下易于制备的电接触材料，以及一种制备所述电接触材料的方法，所述方法 没有环境污染的问题。
[0010] 为获得这些和其他优点并且以本说明书的意图为依据，如在此具体化并概括描述 的，一种电接触材料包含（i)镍（Ni)与选自银（Ag)、铜（Cu)和金（Au)的一种或多种金属 的合金；和（ii) Ag纳米粒子涂布的碳纳米管（CNTs)、镀Ag CNTs或Ag纳米线。
[0011] 为获得这些和其他优点并且以本说明书的意图为依据，如在此具体化并概括描述 的，一种电接触材料包含（i)选自Ag、Cu、Ni和Au的一种或多种金属；（ii)金属氧化物， 其为氧化镉、氧化铟、氧化锡、氧化锌或其混合物；和（iii)Ag纳米粒子涂布的CNTsj^Ag CNTs或Ag纳米线。
[0012] 在一个示例性实施方式中，所述Ag和Ni可以用作所述金属。所述氧化镉可以用 作所述金属氧化物。
[0013] 在一个示例性实施方式中，基于所述合金的总重量，所述金属的含量可以是55到 65wt %，并且所述Ni的含量可以是35到45wt %。基于所述合金的总重量，纳米填料（Ag纳 米粒子涂布的CNTs、镀Ag CNTs或Ag纳米线）的含量可以是0. 1到5wt %。
[0014] 在一个示例性实施方式中，基于所述金属和所述金属氧化物的总重量，所述金属 的含量可以是75到85wt %，并且所述金属氧化物的含量可以是15到25wt %。基于所述金 属和所述金属氧化物的总重量，纳米填料的含量可以是〇. 1到5wt%。
[0015] 在一个示例性实施方式中，所述碳纳米管的表面涂布有粒径为3到5nm的Ag纳米 粒子，厚度为20到300nm的镀Ag CNTs。所述Ag纳米线的直径可为10到300nm并且长度 可为10到70 μ m。
[0016] 在一个示例性实施方式中，所述金属的粒径可以是1到10 μπι。
[0017] 为获得这些和其他优点并且以本说明书的意图为依据，如在此具体化并概括描述 的，一种制备电接触材料的方法，该方法包括：(a)通过混合（i)选自Ag、Cu和Au的一种或 多种金属与（ii) Ag纳米粒子涂布的CNTs、镀Ag CNTs或Ag纳米线来制备粉状混合物；(b) 使用超声处理分散所述粉状混合物，并且真空干燥分散的粉状混合物；以及（c)烧结真空 干燥的粉状混合物。
[0018] 为获得这些和其他优点并且以本说明书的意图为依据，如在此具体化并概括描述 的，一种制备电接触材料的方法，该方法包括：（a)通过混合（i)选自Ag、Cu、Ni和Au的一种 或多种金属，（ii)金属氧化物，其为氧化镉、氧化铟、氧化锡、氧化锌或其混合物，和（iii) Ag纳米粒子涂布的CNTs、镀Ag CNTs或Ag纳米线来制备粉状混合物；(b)使用超声处理分 散所述粉状混合物，并且真空干燥所述分散的粉状混合物；以及（c)烧结所述真空干燥的 粉状混合物。
[0019] 在一个示例性实施方式中，所述烧结可以是火花等离子体烧结。
[0020] 根据本发明的电接触材料，减少了高价贵金属的含量，以便可以降低制备成本并 且改善价格竞争力。将Ag纳米粒子涂布的nAgCNTs、镀Ag CNTs或Ag纳米线加入至本发明 的电接触材料中。所述nAgCNTs、所述镀Ag CNTs或所述Ag纳米线起电桥的作用，以便可以 获得优秀的电特性并且改善机械特性和抗磨损性。
[0021 ] 根据本发明的制备所述电接触材料的方法，可以在短期内便利地制备高密度样 品，并且使样品中的粒子间的间隙最小化，从而制备具有优秀的硬度和导电性的电接触材 料的样品。
[0022] 从下面提供的详细说明可见本申请的适用性的进一步范围将变得更明显。但是， 应该理解的是，当表示本发明的优选的实施方式时仅通过举例说明的方式提供详细的说明 和具体的实施例，这是因为从详细的说明中可见对于本领域的技术人员来说在本发明精神 和范围内的各种改变和修改是明显的。
【附图说明】
[0023] 附图图示了示例性的实施方式并且连同说明一起用于讲解本发明原理，包括的附 图提供了对本发明的进一步理解并且被并入及构成本说明书的一部分。
[0024] 在附图中：
[0025] 图IA为通过用银（Ag)纳米粒子涂布碳纳米管（CNTs)的表面来制备的nAgCNTs 的透射电子显微镜（TEM)照片，图IB为通过在CNTs的表面上镀Ag来制备的镀Ag CNTs的 扫描电子显微镜（SEM)照片，以及图IC为Ag纳米线的SEM照片；
[0026] 图2为显示根据示例性实施方式的制备电接触材料的方法的流程图；
[0027] 图3A为示意性显示根据示例性实施方式的包含nAgCNTs的电接触材料的视图，图 3B为示意性显示根据示例性实施方式的包含镀Ag CNTs的电接触材料的视图，图3C为示意 性显示根据示例性实施方式的包含Ag纳米线的电接触材料的视图，以及图3D为示意性显 示根据示例性实施方式的包含Ag-CdO-Ag纳米线的电接触材料的视图；以及
[0028] 图4A为示意性显示基于Ag-Ni的常规电接触材料的视图，以及图4B为示意性显 示基于Ag-CdO的常规电接触材料的视图。
【具体实施方式】
[0029] 现在将参照附图详细提供示例性实施方式的说明。为参照附图简单说明的缘故， 相同或等同的部分将给出相同的附图标记，并且其说明将不再重复。
[0030] 本发明提供一种电接触材料，其包含：（i)镍（Ni)与选自银（Ag)、铜（Cu)和金 (Au)的一种或多种金属的合金；和（ii) Ag纳米粒子涂布的碳纳米管（CNTs)、镀Ag CNTs或 Ag纳米线，或者提供一种电接触材料，其包含：（i)选自Ag、Cu、Ni和Au的一种或多种金属； (ii)金属氧化物，其为氧化镉、氧化铟、氧化锡、氧化锌或其混合物；和（iii)Ag纳米粒子涂 布的CNTs、镀Ag CNTs或Ag纳米线。
[0031] ⑴金属
[0032] 根据本发明的电接触材料包含金属。所述金属有导电性并且可以选自Ag、Cu、Ni 和Au。可以选择两种或更多种金属。
[0033] 在本发明的实施例中，Ag和Ni用作所述金属。Ag具有非常优秀的导电性和导热 性以及优秀的低接触