专利名称：一种铜基电接触材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铜基电接触材料及其制备方法，特别涉及导电陶瓷La2Ni04、BaPbO3或LiuAla4(GehTix)^(PO4)3作为第二相的一种铜基电接触材料及其制备方法。
背景技术：
电接触材料被广泛的应用于断路器、接触器、继电器等电器中，其性能直接影响到电器运行的稳定性和可靠性。电接触材料在使用过程中受电弧、电场、磁场、高温以及环境气氛的共同影响，实现导电功能。目前用于开关电器中的电接触材料大多为Ag-(M0、Ag-SnO2, Cu-ZnO, Cu_A1203、Cu-Y2O3等，其中银价格昂贵，且消耗量很大，每年用于生产银触点用银占银消耗的25-30% ;CdO具有毒性；Sn02不能大量掺杂且容易引起高接触电阻；而铜基电接触材料中添加的第二相A1203、Y2O3均具有电绝缘性能，增大了接触电阻。因此有必要发展新型的导电陶瓷作为第二掺杂相的铜基电接触材料。纯铜具有良好的电学性能，其电导率为1.72X10_8Q 1(201:)，仅略高于银的电导率I. 586X 10_8Q m(20°C )，抗熔焊性能优良。但是在纯铜中掺杂具有绝缘性能的第二相，将导致接触电阻急剧上升。同时过高的接触电阻也会造成触点温升加剧，使用电器处于不安全状态。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种铜基电接触材料及其制备方法，利用导电陶瓷La2NiO4^BaPbO3或Lih4Ala4 (Ge1-Jix) ^ (PO4) 3作为第二相，既保持触点元件在使用过程中的高导热、耐高温等优良性能基本不变，同时提高导电性和抗腐蚀性能，且由于陶瓷本身强度高、脆性大，不仅提高触点元件的机械强度，同时降低了其在电弧烧蚀过程中形成熔池的粘度，从而提高抗熔焊性能。为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种铜基电接触材料，其特征在于，包括占总重量为1% -10%的颗粒尺寸为小于IOum的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为99 % -90 %的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95-99. 9%，其中导电陶瓷La2NiO4以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷La2NiO4为第二相，包括以下步骤步骤一、导电陶瓷La2NiO4粉末是通过溶胶凝胶的方法制备的，具体方法是将摩尔比为2 I的La(NO3)3WH2O和Ni (NO3)3WH2O添加到去离子水中形成混合溶液，加入柠檬酸，柠檬酸与溶液中金属离子的物质的量比为I. 5-3 1，在搅拌的同时加热到90°C，力口入乙二醇，乙二醇与溶液中金属离子的物质的量比为1-2 1，在90°C温度下搅拌直至溶液变得粘稠得到凝胶体，在110°C置于干燥箱中保温12h，干燥后在850°C -1100°C下保温4h进行焙烧，最后研磨得到小于10 的导电陶瓷La2NiO4粉末；步骤二、将占总重量为1% -10%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为99% -90%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末在IS气气氛保护下用高能球磨机混合10-24小时混合均匀，转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、900°C烧结1-5小时、700-1000°C热挤压制备成致密的铜/导电陶瓷La2NiO4复合材料。一种铜基电接触材料，包括占总重量为1% -10%的颗粒尺寸小于IOiim的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为99 % -90 %的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95-99. 9%，导电陶瓷BaPbO3以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷BaPbO3为第二相，包括以下步骤将占总重量为1% -10%的颗粒尺寸小于IOiim的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为99% -90%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末，在氩气气氛保护下经过高能机械球磨的方式混合12-24小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结1-5小时、700-950°C热挤压成为致密的铜/导电陶瓷BaPbO3复合材料。一种铜基电接触材料，包括占总重量为1% -10%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷Lih4Ala4 (Ge1-Jix) L6 (PO4) 3粉末和占总重量为99 % -90 %的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95-99. 9%，其中导电陶瓷Li1 4A10 4 (Ge1^xTix) L 6 (PO4) 3以颗粒的形态均勻分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，导电陶瓷Li1.4A10.4 (Ge1-Jix) L6 (PO4) 3，包括以下步骤将占总重量为I % -10 %的颗粒尺寸为小于10 i! m的导电陶瓷Lih4Ala4(GehTix)h6(PO4)3粉末和占总重量为99% -90%的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末在氩气气氛保护下经过高能机械球磨的方式混合12-24小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结1-5小时、600-1000°C热复压成为致密的铜/ 导电陶瓷 Li, 4A10.4 (Ge1-Jix) L 6 (PO4) 3 复合材料。本发明依据是铜组元构成连续基体组织，且导电陶瓷具有优良的导电性能，因此添加导电陶瓷La2Ni04、BaPbO3或Li^Ala4 (Ge1-Jix) ^ (PO4) 3不影响电接触元件的导热性能，还提高了其导电性。同时由于熔池中存在导电陶瓷可提高电接触元件的抗熔焊性能。导电陶瓷熔点高、脆性大，在电弧烧蚀过程中仍然以颗粒的形式存在于熔池表面，有效降低熔池粘性，达到了提高抗熔焊性能和分断能力的目的。本发明的有益效果是导电陶瓷I^NiO^BaPbOyLi^AlQ.jGehTixWPCW具有优良的抗氧化、抗腐蚀、耐高温、高机械强度等特点。二者复合可望得到同时具有高导电性能、保持高导热性能以及提高抗熔焊性能的电接触材料。在铜基电接触材料中添加导电陶瓷La2NiO4' BaPbO3' Lih4Ala4 (Ge1-Jix) L6 (PO4) 3，基本不影响其在高温下的导热性能，而且由于导电陶瓷的存在，可达到增强其导电性能的目的，又因陶瓷的耐高温性和脆性，可提高电接触元件的熔点，降低熔池粘性，提高了其高温抗熔焊性能以及分断能力。
具体实施例方式实施例一一种铜基电接触材料，包括占总重量为5%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为95%的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为98%，其中导电陶瓷La2NiO4以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷La2NiO4为第二相，包括以下步骤步骤一、导电陶瓷La2NiO4粉末是通过溶胶凝胶的方法制备的，具体方法是将摩尔比为2 I的La(NO3)3WH2O和Ni (NO3)3WH2O添加到去离子水中形成混合溶液，加入柠檬酸，柠檬酸与溶液中金属离子的物质的量比为I. 5 1，在搅拌的同时加热到90°C，加入乙二醇，乙二醇与溶液中金属离子的物质的量比为2 1，在90°C温度下搅拌直至溶液变得粘稠得到凝胶体，在110°C置于干燥箱中保温12h，干燥后在850°C下保温4h进行焙烧，最后 研磨得到小于10 ii m的导电陶瓷La2NiO4粉末；步骤二、将占总重量为5%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为95%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末在I!气气氛保护下用高能球磨机混合18小时混合均匀，转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、900°C烧结3小时、850°C热挤压制备成致密的铜/导电陶瓷La2NiO4复合材料。实施例二一种铜基电接触材料，包括占总重量为I %的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为99%的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为96%，其中导电陶瓷La2NiO4以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷La2NiO4为第二相，包括以下步骤步骤一、导电陶瓷La2NiO4粉末是通过溶胶凝胶的方法制备的，具体方法是将摩尔比为2 I的La(NO3)3WH2O和Ni (NO3)3WH2O添加到去离子水中形成混合溶液，加入柠檬酸，柠檬酸与溶液中金属离子的物质的量比为2 1，在搅拌的同时加热到90°C，加入乙二醇，乙二醇与溶液中金属离子的物质的量比为I. 5 1，在90°C温度下搅拌直至溶液变得粘稠得到凝胶体，在110°C置于干燥箱中保温12h，干燥后在1000°C下保温4h进行焙烧，最后研磨得到小于10 ii m的导电陶瓷La2NiO4粉末；步骤二、将占总重量为I %的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为99%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末在I!气气氛保护下用高能球磨机混合12小时混合均匀，转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、900°C烧结I小时、700°C热挤压制备成致密的铜/导电陶瓷La2NiO4复合材料。实施例三一种铜基电接触材料，包括占总重量为10%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为90%的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为99.9%，其中导电陶瓷La2NiO4以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷La2NiO4为第二相，包括以下步骤步骤一、导电陶瓷La2NiO4粉末是通过溶胶凝胶的方法制备的，具体方法是将摩尔比为2 I的La(NO3)3WH2O和Ni (NO3)3WH2O添加到去离子水中形成混合溶液，加入柠檬酸，柠檬酸与溶液中金属离子的物质的量比为3 1，在搅拌的同时加热到90°C，加入乙二醇，乙二醇与溶液中金属离子的物质的量比为I : 1，在90°C温度下搅拌直至溶液变得粘稠得到凝胶体，在110°C置于干燥箱中保温12h，干燥后在1100°C下保温4h进行焙烧，最后研磨得到小于10 ii m的导电陶瓷La2NiO4粉末；
步骤二、将占总重量为10 %的颗粒尺寸为小于10 ii m的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为90%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末在I!气气氛保护下用高能球磨机混合24小时混合均匀，转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、900°C烧结5小时、1000。。热挤压制备成致密的铜/导电陶瓷La2NiO4复合材料。实施例四一种铜基电接触材料，包括占总重量为I %的颗粒尺寸小于IOiim的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为99%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95 %，导电陶瓷BaPbO3以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷BaPbO3S第二相，包括以下步骤将占总重量为I %的颗粒尺寸小于IOiim的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为99%的晶粒尺寸为45 iim的铜粉末，在氩气气氛保护下用高能机械球磨的方式混合12小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结I小时、700°C热挤压成为致密的铜/导电陶瓷BaPbO3复合材料。实施例五一种铜基电接触材料，包括占总重量为5%的颗粒尺寸小于IOiim的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为95%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为98%，导电陶瓷BaPbO3以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷BaPbO3S第二相，包括以下步骤将占总重量为5%的颗粒尺寸小于IOiim的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为95%的晶粒尺寸为45 iim的铜粉末，在氩气气氛保护下用高能机械球磨的方式混合18小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结3小时、850°C热挤压30MPa热压成为致密的铜/导电陶瓷BaPbO3复合材料。实施例六一种铜基电接触材料，包括占总重量为10%的颗粒尺寸小于IOiim的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为90%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末,混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为99 %，导电陶瓷BaPbO3以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，以导电陶瓷BaPbO3S第二相，包括以下步骤将占总重量为10%的颗粒尺寸小于10 i! m的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为90%的晶粒尺寸为45 iim的铜粉末，在氩气气氛保护下用高能机械球磨的方式混合24小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结5小时、950°C热挤压950°C热复压成为致密的铜/导电陶瓷BaPbO3复合材料。实施例七一种铜基电接触材料，包括占总重量为I %的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷Li1.4A10.4 (Ge1-Jix) L 6 (PO4) 3粉末和占总重量为99 %的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末，混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95%，其中导电陶瓷Li1 4A10 4 (Ge1^xTix) L 6 (PO4) 3以颗粒的形态均勻分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。—种铜基电接触材料的制备方法，导电陶瓷Li14Alci 4(Ge1-Jix) 16(PO4)3，包括以下步骤将占总重量为I %的颗粒尺寸为小于10 Pm的导电陶瓷LL4Ala4 (Gei_xTix) ^ (PO4)3粉末和占总重量为99%的晶粒尺寸为45 的铜粉末在氩气气氛保护下用高能机械球磨的方式混合12小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结I小时、600°C热复压成为致密的铜/导电陶瓷LinAla4(GehTix)U(PO4)3复合材料。 实施例八—种铜基电接触材料，包括占总重量为5%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷Li1.4A10.4 (Ge1-Jix) L 6 (PO4) 3粉末和占总重量为95 %的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末，混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为98 %，其中导电陶瓷Li1 4A10 4 (Ge1^xTix) L 6 (PO4) 3以颗粒的形态均勻分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，导电陶瓷Li14Alci 4(Ge1-Jix) 16(PO4)3，包括以下步骤:将占总重量为5%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷Li1.^la4(Gei-Jix)h6(PO4)3粉末和占总重量为95%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末在I!气气氛保护下经过高能机械球磨的方式混合18小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结3小时、850°C热复压成为致密的铜/导电陶瓷LinAla4(GehTix)U(PO4)3复合材料。实施例九一种铜基电接触材料，包括占总重量为10%的颗粒尺寸为小于IOiim的导电陶瓷Li1.4A10.4 (Ge1-Jix) L 6 (PO4) 3粉末和占总重量为90 %的晶粒尺寸为45 y m的铜粉末，混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为9 9. 9 %，其中导电陶瓷Li1 4A10 4 (Ge1^xTix) L 6 (PO4) 3以颗粒的形态均勻分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。一种铜基电接触材料的制备方法，导电陶瓷Li14Alci 4(Ge1-Jix) 16(PO4)3，包括以下步骤将占总重量为10%的颗粒尺寸为小于10 i! m的导电陶瓷Lih4Ala4 (Ge1-Jix) I. 6 (PO4) 3粉末和占总重量为90%的晶粒尺寸为45 ii m的铜粉末在I!气气氛保护下经过高能机械球磨的方式混合24小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结5小时、1000°C热复压成为致密的铜/导电陶瓷Li1. Ala4(GehTix)U (PO4)3复合材料。
权利要求
1.一种铜基电接触材料，其特征在于，包括占总重量为1% -10%的颗粒尺寸为小于IOym的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为99 % -90 %的晶粒尺寸为45 μ m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95-99. 9%，其中导电陶瓷La2NiO4以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。
2.根据权利要求I所述的一种铜基电接触材料的制备方法，其特征在于，以导电陶瓷La2NiO4为第二相，包括以下步骤 步骤一、导电陶瓷La2NiO4粉末是通过溶胶凝胶的方法制备的，具体方法是将摩尔比为2 : I的La(NO3)3 · 6H20和Ni (NO3)3 · 6H20添加到去离子水中形成混合溶液，加入柠檬酸，柠檬酸与溶液中金属离子的物质的量比为I. 5-3 1，在搅拌的同时加热到90°C，加入乙二醇，乙二醇与溶液中金属离子的物质的量比为1-2 1，在90°C温度下搅拌直至溶液变得粘稠得到凝胶体，在110°C置于干燥箱中保温12h，干燥后在850°C -1100°C下保温4h进行焙烧，最后研磨得到小于10 μ m的导电陶瓷La2NiO4粉末； 步骤二、将占总重量为1% -10%的颗粒尺寸为小于10 μ m的导电陶瓷La2NiO4粉末和占总重量为99% -90%的晶粒尺寸为45 μ m的铜粉末在IS气气氛保护下用高能球磨机混合.10-24小时混合均匀，转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、900°C烧结1-5小时、700-1000°C热挤压制备成致密的铜/导电陶瓷La2NiO4复合材料。
3.一种铜基电接触材料，其特征在于，包括占总重量为I % -10 %的颗粒尺寸小于IOym的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为99% -90%的晶粒尺寸为45 μ m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95. 0-99. 9%，，导电陶瓷BaPbO3以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。
4.根据权利要求3所述的一种铜基电接触材料的制备方法，其特征在于，以导电陶瓷BaPbO3为第二相，包括以下步骤将占总重量为1% -10%的颗粒尺寸小于IOym的导电陶瓷BaPbO3粉末和占总重量为99% -90%的晶粒尺寸为45 μ m的铜粉末，在氩气气氛保护下经过高能机械球磨的方式混合12-24小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为.10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结1-5小时、700-950°C热挤压成为致密的铜/导电陶瓷BaPbO3复合材料。
5.一种铜基电接触材料，其特征在于，包括占总重量为1% -10%的颗粒尺寸为小于.10 μ m的导电陶瓷Li1.4A1Q. 4 (Ge1-Jix) I. 6 (PO4) 3粉末和占总重量为99 %-90 %的晶粒尺寸为.45 μ m的铜粉末混合后经过粉末冶金方法制备成为致密材料，其致密度为95-99. 9%，其中导电陶瓷IA4Ala4(GehTix)U(PO4)3以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织。
6.根据权利要求5所述的一种铜基电接触材料的制备方法，其特征在于，导电陶瓷Li1.4A10.4 (Ge1-Jix) L 6 (PO4) 3，包括以下步骤将占总重量为I % -10 %的颗粒尺寸为小于IOym的导电陶瓷Lih4Ala4(Ge1-Jix)h6(PO4)3粉末和占总重量为99% -90%的晶粒尺寸为.45 μ m的铜粉末在氩气气氛保护下经过高能机械球磨的方式混合12-24小时，其中球磨机转速为2800r/min，球料比为10 1，经600MPa冷压、在900°C烧结1-5小时、600-1000°C热复压30MPa热压成为致密的铜/导电陶瓷Lih4Ala4(GehTix)h6(PO4)3复合材料。
全文摘要
一种铜基电接触材料及其制备方法，以导电陶瓷La2NiO4、BaPbO3或Li1.4Al0.4(Ge1-xTix)1.6(PO4)3作为第二添加相，导电陶瓷以颗粒的形态均匀分布于铜基体中，铜组元构成连续基体组织；利用溶胶凝胶法制备颗粒尺寸小于10μm导电陶瓷La2NiO4粉末，以及颗粒尺寸小于10μm导电陶瓷BapbO3粉末、Li1.4Al0.4(Ge1-xTix)1.6(PO4)3粉末，分别与铜粉经过高能球磨混合后，冷压成型，在真空炉中烧结、热压等粉末冶金方法获得致密化材料，本发明在铜基电接触材料中添加导电陶瓷La2NiO4、BaPbO3、Li1.4Al0.4(Ge1-xTix)1.6(PO4)3，保持其在高温下的导热性能基本不变，而且由于导电陶瓷的存在，有效增强其导电性能；并且因陶瓷的耐高温性和脆性，可提高元件熔点，降低熔池粘性，实现了提高铜基电接触元件的抗熔焊性能和分断能力的目的。
文档编号H01H1/025GK102628116SQ201210097519
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者卢雪琼, 王亚平, 郭永利 申请人:西安交通大学