[发明专利]一种耐电弧侵蚀铜基材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种耐电弧侵蚀铜基材料的制备方法，(1)将用于制备耐电弧侵蚀铜基材料的骨架材料粉体与高纯石墨球同时加入三维振动混粉机进行三维振动混粉；(2)将混粉后的粉体压制成一定密度的坯块后进行放电等离子体活化烧结制备侵蚀骨架材料；(3)在高于铜的熔点温度把铜渗入骨架材料中，制备耐电弧侵蚀铜基材料；本发明方法采用三维振动混粉使骨架材料粉体与高纯石墨球间形成摩擦与剪切力，对高纯石墨球进行机械剥离的同时将剥离下来的单层或少层石墨烯均匀包覆在骨架材料粉体上，再利用放电等离子体活化烧结增强石墨烯与骨架材料界面间结合力，最后采用传统熔渗方法制备出内部具有连续三维石墨烯空间网络结构的耐电弧侵蚀铜基材料。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种耐电弧侵蚀铜基材料的制备方法。

背景技术

由于铜具有高导电、导热性能，铜基材料一直是高电压、高功率电接触领域的研究热点。电接触铜基材料通常是由包括铜在内的两种或两种以上组分材料，经过高温熔渗制得。用于高电压、高功率领域的电接触材料要求具有高导电导热性能、低膨胀系数、良好的高温强度、耐磨擦磨损、抗熔焊性能和抗电弧侵蚀性能，能显著降低电弧温度，以满足较高侵蚀寿命的需求。

目前CuW、CuCr电接触材料因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性及高强度而得到了广泛的应用，但随着近年来我国电力、电子等领域的不断发展对电接触材料的使触头材料的耐电弧侵蚀性能提出了更高的要求。

目前，为保持铜基电接触材料的较高导电导热、高强耐磨性能的同时增强铜基电接触材料的耐电弧侵蚀性能，一些学者采用固-固掺杂的方法，将稀土金属氧化物(如CeO₂、La₂O₃等)掺杂在骨架材料中，以提高铜基电接触材料抗电弧侵蚀性能和电弧稳定性，但这种方法掺杂的稀土氧化物分布均匀性较差。另外一些学者采用液-固掺杂的方法，将稀土氧化物以硝酸盐或者醋酸盐的形式加入到铜基电接触材料的骨架材料粉体中，再经干燥、分解、还原制得掺杂稀土氧化物的骨架材料粉体，这种方法在物相分散均匀性方而得到了很大改善。还有一些学者采用液-液掺杂的方法，以掺杂改性CuW为例，将稀土硝酸盐和钨酸胺分别溶于蒸馏水，溶液混合后产生白色沉淀，加入柠檬酸溶液，使沉淀溶解形成透明溶液，置于80℃水浴成溶胶，120℃烘干形成凝胶，再将干凝胶在550℃下分解，分解产物在还原炉中进行两次还原，得到所需的掺杂W粉末；此外，还有一些学者采用液-液混合、冷冻干燥、两段还原方法获得了粒径为20～30nm的掺杂Ce的W粉。液-液掺杂很好地解决了均匀混料的难题，达到了分子级的混料水平，但是这种方法产量小，并且在溶液结晶析出时容易引起稀土偏析，且稀土的含量很难保证达到理想要求。

以上方法使得制备的铜基材料的耐电弧侵蚀性能均有所提高，但由于都使用了稀土金属氧化物为掺杂相，使得材料成本较高，且工艺较为复杂，距大规模产业化还有一定距离。

石墨烯由于其优异的机械性能、电学性能和热学性能，一经发现就成为了各个领域研究的热门材料，在众多领域内有着巨大的应用潜力。由于石墨烯的优良性能，科研人员考虑到把石墨烯作为增强体加入到铜基电接触材料中，改善材料性能。但由于石墨烯层与层之间强烈的π-π作用力和疏水作用力使得其极易团聚，给石墨烯的制备和在基体中的均匀分散带来了困难，同时由于石墨烯与大多数基体之间的润湿性较差，导致界面结合的作用力比较弱，到目前为止基于石墨烯的复合材料在应用过程中仍存在巨大挑战。

发明内容