[发明专利]一种搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯增强铜基复合电接触材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

电接触材料又称电触头，是开关电器、仪器、仪表的重要元件，它承担着接通和断开电流的任务。电接触材料性能的好坏直接影响仪器设备运转的安全性和稳定性。通常要求电触头材料应具有良好的导电、导热性，低而稳定的接触电阻，高的耐损蚀性、抗熔焊性和一定的机械强度。目前，电触头材料主要是银、铜及其合金，最常用的制备方法主要是粉末冶金法和熔炼法。铜基触头因为价格相对低廉应用广泛，但是铜基触头存在导电性与强度难以兼顾、表面易氧化等问题而需要改性，现有的利用石墨烯对铜基电接触材料改性的技术较多，如在2011年哈尔滨工业大学杨帅的硕士论文《少层石墨烯增强铜基复合材料制备和性能研究》以机械剥离法为基础,使用高速球磨机和高剪切均质机制备出了少层石墨烯和纳米铜粉的复合粉体，采用电火花烧结工艺制备出了少层石墨烯增强的铜基复合材料，在维持电导率与普通纯铜在一个数量级的基础上，提高了材料的强度，少层石墨烯增强的铜基复合材料的压缩屈服强度达到476MPa，比普通纯铜高300MPa左右，拉伸屈服强度高于普通纯铜约50MPa。但石墨烯增强的铜基复合材料的耐磨性差、耐电弧烧蚀性差，限制了材料的应用。

发明内容

本发明是要解决现有的石墨烯增强铜基复合材料的耐磨性差、耐电弧烧蚀性差的技术问题，而提供一种搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料及其制备方法。

本发明的搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料按质量百分比由0.1％～3％的搭载有过渡金属氧化物的石墨烯和97.0％～99.9％的铜组成，其中搭载有过渡金属氧化物的石墨烯中的过渡金属氧化物为SnO₂、ZnO、Fe₃O₄、CuO、NiO、MnO和Co₃O₄中的一种或其中几种的混合物。

上述的搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料的制备方法如下：

一、按质量百分比称取0.1％～3％的过渡金属氧化物/石墨烯粉末和97.0％～99.9％的铜粉并混合均匀，得到初混粉末；

二、将初混粉末利用球磨机进行高能球磨或者利用高剪切均质机进行分散混合，得到混合粉末；

三、将混合粉末放入磨具中，在压力为350～600MPa的条件下保压2～10min，得到坯锭；再将坯锭放入真空烧结炉中，在真空条件下，升温至750～950℃烧结1～3h，得到搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料。

本发明利用搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料，搭载过渡金属氧化物的石墨烯在保证基体铜优良导电性能和力学性能的同时，还提高了其耐磨性和耐电弧烧蚀性。这一方面是由于过渡金属氧化物的搭载增加了复合电接触材料的密度，使石墨烯能够与铜粉混合更加均匀，提高了石墨烯在铜基体内的分散性，另一方面搭载过渡金属氧化物的石墨烯提高了复合电接触材料的耐磨性、熔点和化学稳定性，从而使材料的耐磨性和耐电弧烧蚀性能提高，本发明的方法操作简单，工艺易控。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料按质量百分比由0.1％～3％的搭载有过渡金属氧化物的石墨烯和97.0％～99.9％的铜组成，其中搭载有过渡金属氧化物的石墨烯中的过渡金属氧化物为SnO₂、ZnO、Fe₃O₄、CuO、NiO、MnO和Co₃O₄中的一种或其中几种的混合物。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是过渡金属氧化物的粒径为500nm～100μm，石墨烯的厚度为1～10层，且过渡金属氧化物与石墨烯的质量比为(0.5～3)：1。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：具体实施方式一所述的搭载过渡金属氧化物的石墨烯增强铜基复合电接触材料的制备方法如下：

一、按质量百分比称取0.1％～3％的过渡金属氧化物/石墨烯粉末和97.0％～99.9％的铜粉并混合均匀，得到初混粉末；

二、将初混粉末利用球磨机进行高能球磨或者利用高剪切均质机进行分散混合，得到混合粉末；