一种银基电触头复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电触头材料及其制备方法，尤其设及一种银基电触头复合材料及 制备方法。
【背景技术】
[0002] 具有极好的抗烙焊性、低的接触电阻等性能的银/碳电触头材料已应用在低中负 荷继电器及信号开关中，但是，由于其较低的机械强度、低的耐磨性及抗电弧侵蚀性限制了 其更加广泛的应用。
[0003] 中国专利文献号101763956A，公开(公告）日2010. 06. 30,公开了在银/石墨材料 中通过添加金属陶瓷和稀±元素的方法提高其硬度及耐磨损性能。
[0004] 中国专利文献号101707146A，公开(公告）日2010. 05. 12,公开了通过碳材料(金刚 石、石墨、碳）沉积鹤和银颗粒，解决了石墨与基体润湿性不良的问题，提高了硬度及耐电弧 烧蚀性。 阳0化]中国专利文献号101866761A，公开(公告）日2010. 10. 20,公开了通过专有挤压成 型工艺制备出高性能银/石墨复合材料。
[0006] 现有专利文献(公开号102385938A)，公开了一种金属基石墨締复合电接触材料 及其制备方法，电接触材料，包含0.02-10wt%的石墨締，其余为金属基体材料。由于石 墨締增强相的加入，使该复合电接触材料具有比其他增强相复合电接触材料更好的导电、 导热性能和更高的硬度和耐磨性。
[0007] 电触头材料性能具有进一步提升的空间。
【发明内容】
[0008] 本发明目的在于提供一种银基电触头复合材料，通过在银合金材料中加入锻银石 墨締增强体，在不降低其导电性、导热性的同时，提高银的硬度、耐磨性和耐电弧侵蚀性。
[0009] 同时本发明还提供了上述电触头材料的制备方法。
[0010] 本发明为解决上述问题提出的技术方案： 一种银基电触头复合材料，其特征在于，由重量比为0. 1-5.0%的锻银石墨締和 95. 0-99. 9%的银组成，银的粒径为10-80微米。 W11] 优选地，石墨締为N层，N为1-10。
[0012] 上述银基电触头复合材料的制备方法，其特征在于包括W下步骤： (1)采用直流磁控瓣射法将金属银沉积在石墨締表面，制成锻银石墨締。直流磁控瓣 射沉积设备的工艺参数为：真空度达到0. 1*10 3-1. 0*10中a时，通入高纯氣气，真空室气压 0. 8-1. 5Pa，瓣射功率80-160W，沉积时间为5-20min。
[0013] (2)锻银石墨締和银装入球磨机球磨，制成锻银石墨締和银均匀混合的粉末。球磨 机工作状态为：采用氧化侣球墨罐和玛瑶球，球料比3:1，抽真空，充入纯度为99. 99%的氣 气，转速150-25化/min,顺时针、逆时针交替运行，球磨10-15分钟，停止5分钟，混粉时间为 4-8小时。
[0014] (3)将步骤（2)混合后粉末放入模具冷压成型，在压力100-300MPa下进行，保压时 间2-5分钟后进行烧结，烧结溫度为750-900°C，保溫时间2-4小时，烧结溫度优选880°C。
[0015] (4)将复合材料塑性加工成型，采用挤压方式，溫度300-500°C，挤压比50 :1-200 : 1，制成银基电触头复合材料。
[0016] 本发明的有益成果是： (1)银基电触头复合材料，在银中添加石墨締纳米粉体，可显著提高材料的硬度和耐 磨性，锻银石墨締改善了石墨締与基体银的界面结合力，能使电触头材料的导电性、导热性 能、抗电弧侵蚀性进一步提高。
[0017] (2)在电触头的制备方法中，采用直流磁控瓣射法在石墨締表面沉积银，形成核壳 结构，避免石墨締作为纳米颗粒在混粉过程中的聚集，保证石墨締在基体中分布均匀。同时 可制备大尺寸电触头材料，适合工业化大规模生产。
【具体实施方式】 阳〇1引实施例1 (1)采用直流磁控瓣射法在石墨締(层数为1-10层）表面沉积金属银制备成锻银石墨 締。纯度为99. 99%的银祀安装前先用细砂纸进行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酬清洗，烘 干，直流磁控瓣射沉积前进行5分钟预瓣射，去除祀材表面的金属氧化物及其它杂质，保证 后续石墨締表面沉积银膜的纯度。瓣射参数如下：真空度达到0. 1*10 3Pa时，通入高纯氣 气，真空室气压0. 8Pa，瓣射功率160W，沉积时间为5min。
[0019] (2)锻银石墨締与10微米银粉按0. 1:99. 9的重量比装入球磨机中，采用氧化侣球 墨罐和玛瑶球，球料比3:1。球磨罐先抽真空再通入99. 99%的氣气保护，转速15化/min,球 磨混粉过程中，顺时针球磨15分钟，停止5分钟，逆时针球磨15分钟，停止5分钟，依此交 替工作，球磨时间4小时，获得锻银石墨締和银均匀混合的粉末。
[0020] (3)将步骤（2)混合后粉末放入模具中，在压力IOOMPa下进行冷压成型，保压时间 5分钟，氨气保护下烧结冷压成型件，烧结溫度880°C，保溫时间2小时。
[0021] (4)挤压加工，溫度300°C，挤压比50 :1，制成银基电触头复合材料。 阳0巧 实施例2 (1)采用直流磁控瓣射法在石墨締(层数为1-10层）表面沉积金属银制备成锻银石墨 締。纯度为99. 99%的银祀安装前先用细砂纸进行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酬清洗，烘 干，直流磁控瓣射沉积前进行5分钟预瓣射，去除祀材表面的金属氧化物及其它杂质，保证 后续石墨締表面沉积银膜的纯度。瓣射参数如下：真空度达到1. 0*10中a时，通入高纯氣 气，真空室气压1. 5Pa，瓣射功率80W，沉积时间为20min。
[0023] (2)锻银石墨締与10微米银粉按0. 5:99. 5的重量比装入球磨机中，采用氧化侣球 墨罐和玛瑶球，球料比3:1。球磨罐先抽真空再通入99. 99%的氣气保护，转速25化/min,球 磨混粉过程中，顺时针球磨10分钟，停止5分钟，逆时针球磨10分钟，停止5分钟，依此交 替工作，球磨时间8小时，获得锻银石墨締和银均匀混合的粉末。
[0024] (3)将步骤（2)混合后粉末放入模具中，在压力300MPa下进行冷压成型，保压时间 2分钟，氨气保护下烧结冷压成型件，烧结溫度880°C，保溫时间4小时。 阳O巧](4)挤压加工，溫度500°C，挤压比200 :1，制成银基电触头复合材料。 阳0%] 实施例3 (1)采用直流磁控瓣射法在石墨締(层数为1-10层）表面沉积金属银制备成锻银石墨 締。纯度为99. 99%的银祀安装前先用细砂纸进行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酬清洗，烘 干，直流磁控瓣射沉积前进行5分钟预瓣射，去除祀材表面的金属氧化物及其它杂质，保证 后续石墨締表面沉积银膜的纯度。瓣射参数如下：真空度达到0. 3*10中a时，通入高纯氣 气，真空室气压1.OPa,瓣射功率110W，沉积时间为5min。
[0027] (2)锻银石墨締与40微米银粉按5. 0:95. 0的重量比装入球磨机中，采用氧化侣球 墨罐和玛瑶球，球料比3:1。球磨罐先抽真空再通入99. 99%的氣气保护，转速20化/min,球 磨混粉过程中，顺时针球磨10分钟，停止5分钟，逆时针球磨10分钟，停止5分钟，依此交 替工作，球磨时间4小时，获得锻银石墨締和银均匀混合的粉末。
[0028] (3)将步骤（2)混合后粉末放入模具中，在压力IOOMPa下进行冷压成型，保压时间 3分钟，氨气保护下烧结冷压成型件，烧结溫度880°C，保溫时间2小时。
[0029] (4)挤压加工，溫度450°C，挤压比100 :1，制成银基电触头复合材料。
[0030] 实施例4 (1)采用直流磁控瓣射法在石墨締(层数为1-10)表面沉积金属银制备成锻银石墨締。 纯度为99. 99%的银祀安装前先用细砂纸进行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酬清洗，烘干， 直流磁控瓣射沉积前进行5分钟预瓣射，去除祀材表面的金属氧化物及其它杂质，保证后 续石墨締表面沉积银膜的纯度。瓣射参数如下：真空度达到0. 2*10中a时，通入高纯氣气， 真空室气压1. 2Pa，瓣射功率100W，沉积时间为lOmin。
[0031] (2)锻银石墨締与80微米银粉按2. 0:98.O的重量比装入球磨机中，采用氧化侣球 墨罐和玛瑶球，球料比3:1。球磨罐先抽真空再通入99. 99%的氣气保护，转速25化/min,球 磨混粉过程中，顺时针球磨10分钟，停止5分钟，逆时针球磨10分钟，停止5分钟，依此交 替工作，球磨时间4小时，获得锻银石墨締和银均匀混合的粉末。
[0032] (3)将步骤（2)混合后粉末放入模具中，在压力IOOMPa下进行冷压成型，保压时间 3分钟，氨气保护下烧结冷压成型件，烧结溫度880°C，保溫时间2小时。 阳03引（4)挤压加工，溫度450°C，挤压比100 :1，制成银基电触头复合材料。
[0034]实施例5 锻银石墨締：银粉按按重量比5. 0:95.O装入球磨机中，其他参数同实施例4,制成石 墨締增强银基电触头复合材料。 阳O对 对比例1 将石墨締与银按重量比0. 1:99.9装入球磨机混粉，其它参数同实施例3,制成银基电 触头材料。
[0036]对比例2 将银装入球磨机混粉，其它参数同实施例3,制成银基电触头材料。 阳037] 制成的复合材料各项参数如下表：
加入锻银石墨締制成石墨締增强银基电触头复合材料，与对比例I中加入石墨締制成 的电触头材料相比，硬度明显提高60%，电导率也有一定提高。与对比例2中银制成的电触 头材料相比，硬度明显提高，可达200%，电导率也显著提高。
【主权项】
1. 一种银基电触头复合材料，其特征在于，由重量为0. 1-5. 0%的镀银石墨烯和 95. 0-99. 9%的银组成，银的粒径为10-80微米。2. 根据权利要求1所述的一种银基电触头复合材料，其特征在于，石墨烯为N层，N为 1-10〇3. -种权利要求1所述银基电触头复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 采用直流磁控溅射法将金属银沉积在石墨烯表面，制成镀银石墨烯； (2) 镀银石墨烯和银装入球磨机球磨，制成镀银石墨烯和银均匀混合的粉末； (3) 将步骤（2)混合后粉末放入模具冷压成型，烧结； (4) 将复合材料塑性加工成型，制成银基电触头复合材料。4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1)中直流磁控溅射沉 积设备的工艺参数为：真空度达到〇. 1*10 3-1. 0*10 3Pa时，通入高纯氩气，真空室气压 0. 8-1. 5Pa，溅射功率80-160W，沉积时间为5-20min。5. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2)中球磨机工作状态 为：采用氧化铝球墨罐和玛瑙球，球料比3:1，抽真空，充入纯度为99. 99%的氩气，转速 150-250r/min，顺时针、逆时针交替运行，球磨10-15分钟，停止5分钟，混粉时间为4-8小 时。6. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3)中冷压成型在压力 100-300MPa下进行，保压时间2-5分钟，烧结温度为750-900°C，保温时间2-4小时，烧结温 度优选880 °C。7. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（4)中采用挤压塑性成形，温度 300-500 °C，挤压比 50 :1-200 :1。
【专利摘要】本发明涉及一种银基电触头复合材料，以及这种材料的制备方法。银基电触头复合材料由重量0.1-5.0%的镀银石墨烯和95.0-99.9%的银组成。其制备方法为：石墨烯镀银、球磨混粉、冷压成型、烧结、塑性加工成型。本发明的银基电触头复合材料，在银中添加镀银石墨烯作为骨架，使材料具有高硬度、抗机械冲击性能与抗电弧烧蚀性能的同时，避免了导电性、导热性的降低。
【IPC分类】H01H1/023, H01H11/04, C23C14/35, C22C1/05, C23C14/18, C22C5/06
【公开号】CN105428097
【申请号】CN201510983345
【发明人】冷金凤, 周国荣, 法源
【申请人】济南大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月24日