一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法与流程

[0001]
本发明属于材料制备工艺技术领域，具体涉及一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法。


背景技术：

[0002]
电接触材料在电能使用、电能分配以及电流转换中扮演至关重要的较色，被广泛用于各种电器接触系统中，其性能的优劣直接影响低压电器的使用寿命及稳定性。
[0003]
在电接触材料的研究中，人们对银基触点材料研究最为深入，银基电触点材料在低压电器中应用也最为广泛。到目前为止，人们已经研制出了数百种银基电接触材料。但银产量有限，将近四分之一银产量用于制造电接触材料，并且在现有技术条件下，银基电接触材料中的金属银较难回收加以利用。故制备出无银电触头材料逐渐成为了人们研究的焦点。
[0004]
由于铜具有与银接近的力学和电学性能，且廉价易得，无毒环保，是目前低压电器触头材料的重要发展方向之一。与银基电接触材料相比，铜基电接触材料存在的问题是其工作表面容易氧化，且形成的氧化膜不导电，因此如何有效控制铜电接触材料工作层(氧化膜层与电弧烧蚀膜层)接触特性成为铜基电接触材料设计的关键性问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法，解决了现有铜基电接触材料因表面工作层氧化导致材料可靠性差、寿命短的问题。
[0006]
本发明所采用的技术方案是，一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0007]
步骤1、制备氧化锡颗粒；
[0008]
步骤2、将铜粉、石墨粉和氧化锡颗粒置于卧式行星球磨机进行充分混合，获得混合均匀的铜/石墨/氧化锡复合粉体；
[0009]
步骤3、将铜/石墨/氧化锡复合粉体经压制、烧结和退火后得到铜/石墨/氧化锡电接触材料。
[0010]
本发明的特点还在于：
[0011]
步骤1具体过程为：
[0012]
步骤1.1、将水合氯化锡充分溶解于甲醛溶液中，充分搅拌后获得氯化锡溶液；
[0013]
步骤1.2、向步骤1.1制备的氯化锡溶液中加入聚乙二醇和氢氧化钠溶液，并搅拌均匀获得白色浑浊液；
[0014]
步骤1.3、将白色浑浊液迅速转移到密封的反应釜中，放入电热鼓风干燥箱内进行保温；
[0015]
步骤1.4、取出反应釜自然冷却至室温，将沉淀物洗涤，直至用硝酸银检测到洗涤液中不含氯离子时为止，再用无水乙醇洗涤2～3次，洗涤后置于真空箱中干燥至恒重，充分
研磨后再次干燥，得到氧化锡粉体。
[0016]
步骤1.1氯化锡溶液浓度为0.05～0.1mol/l。
[0017]
白色浑浊液中氢氧化钠溶液的浓度为0.01～0.015mol/l，聚乙二醇的分子量不低于600，聚乙二醇的添加量0.3～0.4g。
[0018]
步骤1.3放入电热鼓风干燥箱内进行保温温度为180～200℃保温20～24h。
[0019]
置于真空箱中干燥至恒重的干燥温度为75～85℃。
[0020]
步骤2置于卧式行星球磨机进行充分混合的球磨工艺参数为：将铜粉、石墨粉和氧化锡颗粒以质量比为97.8～98.4：1.6～1.2：0.6～0.4置于卧式行星球磨机磨球为氧化铝磨球，磨球直径分别为15mm、10mm、6mm，并按1:3:2的数量配比，球料质量比为10～16:1，球磨转速500～600r/min，球磨时间4～6h。
[0021]
步骤3具体过程为：将铜/石墨/氧化锡复合粉体置于冷压模具中，进行初压，初压压强为1100～1180mpa，随后取出置于管式烧结炉中烧结，烧结温度为800～900℃，保温2～3h，得到预制样，将预制样置于冷压模具复压，复压压强为1300～1400mpa，随后进行退火，退火温度为400～500℃保温2～2.5h。
[0022]
烧结和退火均在真空条件或惰性气氛下进行。
[0023]
本发明的有益效果是：
[0024]
本发明一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法，利用水热法以水合氯化锡为锡源，利用氢氧化钠溶液调节ph值，并以peg600为表面活性剂制备出氧化锡颗粒，通过高能球磨获得铜/石墨/氧化锡复合粉体，经初压、烧结、复压、退火后获得铜/石墨/氧化锡电接触材料。铜/石墨/氧化锡电接触材料兼具铜基体电导率高、接触电阻小等优异性能，又具有石墨高温润滑性能好等特点。
[0025]
铜/石墨/氧化锡电接触材料能够解决现有银基电接触材料价格昂贵且较难回收的问题，利用导电性能优良的第二相石墨粒子在基体中形成电流连通网络，即使铜基电接触材料表面工作层生成氧化膜，第二相连通网络仍可导通电流，并向铜基电接触材料引入少量氧化锡，提高材料的的抗烧蚀能力，获得低接触电阻，高电导率，抗熔焊能力强的新型无银铜基电接触材料。
具体实施方式
[0026]
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0027]
本发明一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0028]
步骤1、制备氧化锡颗粒；
[0029]
步骤1具体过程为：
[0030]
步骤1.1、将水合氯化锡充分溶解于甲醛溶液中，充分搅拌后获得氯化锡溶液；
[0031]
氯化锡溶液浓度为0.05～0.1mol/l。
[0032]
步骤1.2、向步骤1.1制备的氯化锡溶液中加入聚乙二醇和氢氧化钠溶液，并搅拌均匀获得白色浑浊液；
[0033]
步骤1.3、将白色浑浊液迅速转移到密封的反应釜中，放入电热鼓风干燥箱内进行保温；
[0034]
氢氧化钠溶液的浓度为0.01～0.015mol/l，聚乙二醇的分子量不低于600，聚乙二
醇的添加量0.3～0.4g。聚乙二醇表面活性剂与分散剂的作用，使氢氧化铝和氯化锡充分接触并完全反应，氢氧化钠的作用是作为沉淀剂，其与氯化锡发生反应产生沉淀。
[0035]
步骤1.3放入电热鼓风干燥箱内进行保温温度为180～200℃保温20～24h。
[0036]
保温温度设置为180～200℃，在此保温温度下，氧化锡粉体的结晶性更好，粒径小且较为均匀。
[0037]
步骤1.4、取出反应釜自然冷却至室温，将沉淀物洗涤，直至用硝酸银检测到洗涤液中不含氯离子时为止，再用无水乙醇洗涤2～3次，洗涤后置于真空箱中干燥至恒重，充分研磨后再次干燥，得到氧化锡粉体。
[0038]
置于真空箱中干燥至恒重的干燥温度为75～85℃。
[0039]
步骤1.4能够去除杂质与氯离子，获得纯净的氧化锡粉体。
[0040]
步骤2、将铜粉、石墨粉和氧化锡颗粒以质量比为97.8～98.4：1.6～1.2：0.6～0.4置于卧式行星球磨机进行充分混合，获得混合均匀的铜/石墨/氧化锡复合粉体；
[0041]
步骤2置于卧式行星球磨机进行充分混合的球磨工艺参数为：磨球为氧化铝磨球，磨球直径分别为15mm、10mm、6mm，并按1:3:2的数量配比，球料质量比为10～16:1，球磨转速500～600r/min，球磨时间4～6h。
[0042]
步骤3、将铜/石墨/氧化锡复合粉体经压制、烧结和退火后得到铜/石墨/氧化锡电接触材料。
[0043]
步骤3具体过程为：将铜/石墨/氧化锡复合粉体置于冷压模具中，进行初压，初压压强为1100～1180mpa，随后取出置于管式烧结炉中烧结，烧结温度为800～900℃，保温2～3h，得到预制样，将预制样置于冷压模具复压，复压压强为1300～1400mpa，随后进行退火，退火温度为400～500℃保温2～2.5h。
[0044]
烧结和退火均在真空条件或惰性气氛下进行。
[0045]
实施例1
[0046]
一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0047]
步骤1、制备氧化锡颗粒；
[0048]
步骤1具体过程为：
[0049]
步骤1.1、将水合氯化锡充分溶解于甲醛溶液中，充分搅拌后获得氯化锡溶液；
[0050]
氯化锡溶液浓度为0.05mol/l。
[0051]
步骤1.2、向步骤1.1制备的氯化锡溶液中加入聚乙二醇和氢氧化钠溶液，并搅拌均匀获得白色浑浊液；
[0052]
步骤1.3、将白色浑浊液迅速转移到密封的反应釜中，放入电热鼓风干燥箱内进行保温；
[0053]
氢氧化钠溶液的浓度为0.01mol/l，聚乙二醇的分子量为600，聚乙二醇的添加量0.3g。
[0054]
步骤1.3放入电热鼓风干燥箱内进行保温温度为180℃保温20h。
[0055]
步骤1.4、取出反应釜自然冷却至室温，将沉淀物洗涤，直至用硝酸银检测到洗涤液中不含氯离子时为止，再用无水乙醇洗涤2次，洗涤后置于真空箱中干燥至恒重，充分研磨后再次干燥，得到氧化锡粉体。
[0056]
置于真空箱中干燥至恒重的干燥温度为75℃。
[0057]
步骤2、将铜粉、石墨粉和氧化锡颗粒以质量比为97.8：1.6：0.6置于卧式行星球磨机进行充分混合，获得混合均匀的铜/石墨/氧化锡复合粉体；
[0058]
步骤2置于卧式行星球磨机进行充分混合的球磨工艺参数为：磨球为氧化铝磨球，磨球直径分别为15mm、10mm、6mm，并按1:3:2的数量配比，球料质量比为10:1，球磨转速500r/min，球磨时间4h。
[0059]
步骤3、将铜/石墨/氧化锡复合粉体经压制、烧结和退火后得到铜/石墨/氧化锡电接触材料。
[0060]
步骤3具体过程为：将铜/石墨/氧化锡复合粉体置于冷压模具中，进行初压，初压压强为1150mpa，随后取出置于管式烧结炉中烧结，烧结温度为800℃，保温2h，得到预制样，将预制样置于冷压模具复压，复压压强为1300mpa，随后进行退火，退火温度为400℃保温2h。
[0061]
烧结和退火均在真空条件或惰性气氛下进行。
[0062]
实施例2
[0063]
一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0064]
步骤1、制备氧化锡颗粒；
[0065]
步骤1具体过程为：
[0066]
步骤1.1、将水合氯化锡充分溶解于甲醛溶液中，充分搅拌后获得氯化锡溶液；
[0067]
氯化锡溶液浓度为0.07mol/l。
[0068]
步骤1.2、向步骤1.1制备的氯化锡溶液中加入聚乙二醇和氢氧化钠溶液，并搅拌均匀获得白色浑浊液；
[0069]
步骤1.3、将白色浑浊液迅速转移到密封的反应釜中，放入电热鼓风干燥箱内进行保温；
[0070]
氢氧化钠溶液的浓度为0.013mol/l，聚乙二醇的分子量为600，聚乙二醇的添加量0.35g。
[0071]
步骤1.3放入电热鼓风干燥箱内进行保温温度为190℃保温22h。
[0072]
步骤1.4、取出反应釜自然冷却至室温，将沉淀物洗涤，直至用硝酸银检测到洗涤液中不含氯离子时为止，再用无水乙醇洗涤2次，洗涤后置于真空箱中干燥至恒重，充分研磨后再次干燥，得到氧化锡粉体。
[0073]
置于真空箱中干燥至恒重的干燥温度为80℃。
[0074]
步骤2、将铜粉、石墨粉和氧化锡颗粒以质量比为98.1：1.4：0.5置于卧式行星球磨机进行充分混合，获得混合均匀的铜/石墨/氧化锡复合粉体；
[0075]
步骤2置于卧式行星球磨机进行充分混合的球磨工艺参数为：磨球为氧化铝磨球，磨球直径分别为15mm、10mm、6mm，并按1:3:2的数量配比，球料质量比为13:1，球磨转速550r/min，球磨时间5h。
[0076]
步骤3、将铜/石墨/氧化锡复合粉体经压制、烧结和退火后得到铜/石墨/氧化锡电接触材料。
[0077]
步骤3具体过程为：将铜/石墨/氧化锡复合粉体置于冷压模具中，进行初压，初压压强为1160mpa，随后取出置于管式烧结炉中烧结，烧结温度为850℃，保温2.5h，得到预制样，将预制样置于冷压模具复压，复压压强为1350mpa，随后进行退火，退火温度为450℃保
温2.2h。
[0078]
烧结和退火均在真空条件或惰性气氛下进行。
[0079]
实施例3
[0080]
一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0081]
步骤1、制备氧化锡颗粒；
[0082]
步骤1具体过程为：
[0083]
步骤1.1、将水合氯化锡充分溶解于甲醛溶液中，充分搅拌后获得氯化锡溶液；
[0084]
氯化锡溶液浓度为0.1mol/l。
[0085]
步骤1.2、向步骤1.1制备的氯化锡溶液中加入聚乙二醇和氢氧化钠溶液，并搅拌均匀获得白色浑浊液；
[0086]
步骤1.3、将白色浑浊液迅速转移到密封的反应釜中，放入电热鼓风干燥箱内进行保温；
[0087]
氢氧化钠溶液的浓度为0.015mol/l，聚乙二醇的分子量为600，聚乙二醇的添加量0.4g。
[0088]
步骤1.3放入电热鼓风干燥箱内进行保温温度为200℃保温24h。
[0089]
步骤1.4、取出反应釜自然冷却至室温，将沉淀物洗涤，直至用硝酸银检测到洗涤液中不含氯离子时为止，再用无水乙醇洗涤3次，洗涤后置于真空箱中干燥至恒重，充分研磨后再次干燥，得到氧化锡粉体。
[0090]
置于真空箱中干燥至恒重的干燥温度为85℃。
[0091]
步骤2、将铜粉、石墨粉和氧化锡颗粒以质量比为98.4：1.2：0.4置于卧式行星球磨机进行充分混合，获得混合均匀的铜/石墨/氧化锡复合粉体；
[0092]
步骤2置于卧式行星球磨机进行充分混合的球磨工艺参数为：磨球为氧化铝磨球，磨球直径分别为15mm、10mm、6mm，并按1:3:2的数量配比，球料质量比为16:1，球磨转速600r/min，球磨时间6h。
[0093]
步骤3、将铜/石墨/氧化锡复合粉体经压制、烧结和退火后得到铜/石墨/氧化锡电接触材料。
[0094]
步骤3具体过程为：将铜/石墨/氧化锡复合粉体置于冷压模具中，进行初压，初压压强为1180mpa，随后取出置于管式烧结炉中烧结，烧结温度为900℃，保温3h，得到预制样，将预制样置于冷压模具复压，复压压强为1400mpa，随后进行退火，退火温度为500℃保温2.5h。
[0095]
烧结和退火均在真空条件或惰性气氛下进行。
[0096]
本发明一种铜/石墨/氧化锡电接触材料的制备方法产生有益效果的原理为：
[0097]
利用水热法以水合氯化锡为锡源，利用氢氧化钠溶液调节ph值，并以peg600为表面活性剂制备出氧化锡颗粒，通过高能球磨获得铜/石墨/氧化锡复合粉体，经初压、烧结、复压、退火后获得铜/石墨/氧化锡电接触材料。铜/石墨/氧化锡电接触材料兼具铜基体电导率高、接触电阻小等优异性能，又具有石墨高温润滑性能好等特点。
[0098]
铜/石墨/氧化锡电接触材料能够解决现有银基电接触材料价格昂贵且较难回收的问题，利用导电性能优良的第二相石墨粒子在基体中形成电流连通网络，即使铜基电接触材料表面工作层生成氧化膜，第二相连通网络仍可导通电流，并向铜基电接触材料引入
少量氧化锡，提高材料的的抗烧蚀能力，获得低接触电阻，高电导率，抗熔焊能力强的新型无银铜基电接触材料。

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