负载CuO碳纳米管银基电接触材料及其制备方法

文档序号:587728 发布日期:2021-05-25 浏览:34次 >En<

阅读说明:本技术 负载CuO碳纳米管银基电接触材料及其制备方法 (CuO-loaded carbon nanotube silver-based electric contact material and preparation method thereof ) 是由 陈海军 张�林 王宁 张勇全 于 2020-12-31 设计创作,主要内容包括:本发明涉及负载CuO碳纳米管银基电接触材料及其制备方法,属于银基电接触材料制备领域。负载CuO碳纳米管银基电接触材料,由以下的重量百分比的组分组成:负载CuO的碳纳米管2~5%,纳米石墨0.02~0.2%,Ti-3AlC-2 0.05~0.1%,余量为Ag;其中,负载CuO的碳纳米管上,CuO的质量分数为5~10%。本发明制得的材料使用寿命长,且制备方法流程短,生产成本低,容易产业化。(The invention relates to a CuO loaded carbon nanotube silver-based electric contact material and a preparation method thereof, belonging to the field of preparation of silver-based electric contact materials. The CuO-loaded carbon nanotube silver-based electric contact material comprises the following components in percentage by weight: 2-5% of CuO-loaded carbon nano tube, 0.02-0.2% of nano graphite and Ti 3 AlC 2 0.05-0.1% of Ag, and the balance of Ag;wherein, the mass fraction of CuO on the CuO-loaded carbon nano tube is 5-10%. The material prepared by the invention has long service life, and the preparation method has short flow, low production cost and easy industrialization.)

负载CuO碳纳米管银基电接触材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及负载CuO碳纳米管银基电接触材料及其制备方法,属于银基电接触材料制备领域。

背景技术

电接触元件是高低压开关电器核心部件,担负着电器接通、分段、导流、隔离等工作,其性能直接影响电器、电子等传导工作的整体可靠性、稳定性、精确性和使用寿命。电接触元件主要由电接触材料制成,电接触材料是影响开关电器触头系统工作可靠性的关键因素,它必须具有良好的导电、导热性及耐电弧烧损、抗熔焊、小的电磨损、低而稳定的接触电阻、不与使用介质起化学变化、有一定的强度和易于机械加工等通性。

银/石墨复合材料具有较低的接触电阻和良好的抗熔焊性能,是一种传统的电接触材料。但是由于银和石墨在导电、导热性以及耐磨性上的相互制约,限制了它的使用范围。

目前的研究发现,碳纳米管作为纤维增强体,加入到Ag/C电接触材料中,可以提高触头材料的硬度、导电率和抗电弧腐蚀能力。

而碳纳米管的添加量较多时,制备过程中碳纳米管易团聚,直接影响制备的电接触材料的硬度。

发明内容

本发明解决的第一个技术问题是提供一种硬度高,耐磨性更好的银基电接触材料。

负载CuO碳纳米管银基电接触材料,由以下的重量百分比的组分组成:负载CuO的碳纳米管2~5%,纳米石墨0.02~0.2%,Ti3AlC2 0.05~0.1%,余量为Ag;其中,负载CuO的碳纳米管上,CuO的质量分数为5~10%。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,由以下的重量百分比的组分组成:负载CuO的碳纳米管2.5~4.5%,纳米石墨0.02~0.1%,Ti3AlC2 0.08~0.1%,余量为Ag。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,由以下的重量百分比的组分组成:负载CuO的碳纳米管4%,纳米石墨0.1%,Ti3AlC2 0.08%,余量为Ag。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,CuO的质量分数为8~10%。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,CuO的质量分数为10%。

本发明解决的第二个技术问题是提供一种负载CuO碳纳米管银基电接触材料的制备方法。

负载CuO碳纳米管银基电接触材料的制备方法,按以下步骤进行:

a、制备负载CuO的碳纳米管:将CuCl2、碳纳米管和水混合,加热至85~100℃,搅拌0.5~1h,然后加入氢氧化钠溶液,待反应完全后,对混合溶液进行固液分离,并干燥固体;将得到的固体置于300~400℃,保温时间1.5~5h,得到负载CuO的碳纳米管;

b、将负载CuO的碳纳米管、纳米石墨、Ti3AlC2和Ag混合,球磨1~3h,得到粉体;

c、将上述粉体进行真空热压烧结,其中,整个烧结过程炉内真空度低于1×10-2Pa。

在一种实施方式中,步骤b中,球磨3h。

在一种实施方式中,步骤c中,烧结温度为500~800℃。

在一种实施方式中,步骤c中,烧结温度为550℃,烧结时间为1h。

本发明的有益效果:

1、本发明将CuO负载在碳纳米管上,降低碳纳米管团聚导致的电接触材料硬度降低的问题,还解决了CuO在电弧侵蚀中的损耗问题。

2、本发明在原料中加入了纳米石墨,可以显著提高材料的耐磨性。

3、本发明制得的材料使用寿命长。

4、本发明制备方法流程短,生产成本低,容易产业化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明解决的第一个技术问题是提供一种硬度高,耐磨性更好的银基电接触材料。

负载CuO碳纳米管银基电接触材料,由以下的重量百分比的组分组成:负载CuO的碳纳米管2~5%,纳米石墨0.02~0.2%,Ti3AlC2 0.05~0.1%,余量为Ag;其中,负载CuO的碳纳米管上,CuO的质量分数为5~10%。

其中,CuO均匀分布于基体中时,可以对合金起到强化作用,并且提高合金的强度、硬度、耐电蚀性能和抗熔焊性能。

碳纳米管加入到Ag基电接触材料中,也可以提高触头材料的硬度、导电率和抗电弧腐蚀能力。

本发明将CuO负载到碳纳米管上,可以1、提高碳纳米管的分散性能,从而可以进一步提高碳纳米管的加入量,增加电接触材料的硬度;2、进一步提高电接触材料的抗电弧腐蚀能力。

本发明在原料中加入了纳米石墨,可以显著提高材料的耐磨性。

为了进一步提高触头的使用寿命,因此,添加适量的Ti3AlC2,提高材料在电弧侵蚀下的稳定性。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,由以下的重量百分比的组分组成:负载CuO的碳纳米管2.5~4.5%,纳米石墨0.02~0.1%,Ti3AlC2 0.08~0.1%,余量为Ag。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,由以下的重量百分比的组分组成:负载CuO的碳纳米管4%,纳米石墨0.1%,Ti3AlC2 0.08%,余量为Ag。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,CuO的质量分数为8~10%。

在一种实施方式中,所述的负载CuO碳纳米管银基电接触材料,CuO的质量分数为10%。

本发明解决的第二个技术问题是提供一种负载CuO碳纳米管银基电接触材料的制备方法。

负载CuO碳纳米管银基电接触材料的制备方法,按以下步骤进行:

a、制备负载CuO的碳纳米管:将CuCl2、碳纳米管和水混合,加热至85~100℃,搅拌0.5~1h,然后加入氢氧化钠溶液,待反应完全后,对混合溶液进行固液分离,并干燥固体;将得到的固体置于300~400℃,保温时间1.5~5h,得到负载CuO的碳纳米管;

b、将负载CuO的碳纳米管、纳米石墨、Ti3AlC2和Ag混合,球磨1~3h,得到粉体;

c、将上述粉体进行真空热压烧结,其中,整个烧结过程炉内真空度低于1×10-2Pa。

本发明的制备方法制得的负载CuO的碳纳米管,即使在后续的球磨过程中,CuO也不易脱落,保证制得的电接触材料的性能稳定。

在一种实施方式中,步骤b中,球磨3h。

在一种实施方式中,步骤c中,烧结温度为500~800℃。

在一种实施方式中,步骤c中,烧结温度为550℃,烧结时间为1h。

实施例

a、制备负载CuO的碳纳米管:将1.35gCuCl2、9.2g碳纳米管和水混合,加热至85℃,搅拌0.5h,然后加入氢氧化钠溶液,使Cu2+反应完全后,对混合溶液进行过滤,洗涤沉淀至洗涤水呈中性,干燥固体;将得到的固体置于350℃,保温时间5h,得到负载CuO的碳纳米管;

b、将负载CuO的碳纳米管、纳米石墨、Ti3AlC2和Ag按重量比4:0.1:0.08:95.82混合,球磨3h,得到粉体;

c、将上述粉体进行真空热压烧结,烧结温度为550℃,烧结时间为1h,其中,整个烧结过程炉内真空度低于1×10-2Pa,得到电接触材料1。

对比例

a、将CuO、碳纳米管、纳米石墨、Ti3AlC2和Ag按重量比0.32:3.68:0.1:0.08:95.82混合,球磨3h,得到粉体;

b、将上述粉体进行真空热压烧结,烧结温度为550℃,烧结时间为1h,其中,整个烧结过程炉内真空度低于1×10-2Pa,得到电接触材料2。

经检测,在同等试验条件下(28V,40A),发现电接触材料1的寿命优于电接触材料2,说明本发明制得的电接触材料,抗电弧熔焊能力提升。

检测硬度,电接触材料1的硬度HB为电接触材料2的2.1倍。

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