[发明专利]一种石墨烯/铜电接触材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/铜电接触材料及其制备方法。所述方法以流化床作为反应装置且以气相碳源作为反应原料，可制备得到一种整体性能非常优异的石墨烯/铜粉体材料。进一步地，所述方法以所述石墨烯/铜粉体材料为原料，可烧结制得一种综合性能非常优异的石墨烯/铜电接触材料。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及一种石墨烯/铜电接触材料及其制备方法。

背景技术

电触头又称作触点，在仪器仪表、电气开关中作为重要的接触元件。电触头材料须满足力学性能、电接触性能、化学性能、加工性能等多方面的要求，具体包括具有好的导电性和导热性、低的接触电阻、优良的抗熔焊性能等。常见的电触头材料一般是银及银基合金和铜及铜基合金。其中，由于银产量和资源有限，因此银及银基合金成本较高，同时银及银基合金易硫化、易磨损，尤其是抗熔焊性能较差，在高负载使用中，电触头可能发生表面熔化凝结而不能正常断开而发生事故。用铜及铜基合金替代银及银基合金作为电触头材料成为目前的流行趋势。

纯铜的导电性能和导热性能均接近于银，因此也曾被作为电触头材料使用，但纯铜在使用过程中，强度容易下降，另外其化学性质比银更活泼，耐腐蚀性不佳，容易发生表面氧化过程，导致接触电阻逐渐增大，由此需要开发合适的铜基合金来解决纯铜面临的性能不佳的问题。

铜基合金是将另一相引入铜基体中制备得到的，常见的铜基合金电触头材料是铜钨合金，铜钨合金具有优良的导电导热性能，可以向其中再添加其他微量的金属，可以进一步改善其各方面性能，但铜钨合金的耐腐蚀性不佳，容易形成氧化铜和氧化钨的表面氧化层，降低接触电阻。

石墨烯自从2004年发现以来，以其优异的力学性能和导电导热等性能，引起广泛瞩目。近十年来，用石墨烯作为增强相来实现增强机体材料的研究层出不穷。天津大学的发明专利一种用浸渍法在铜粉表面负载固体碳源制备石墨烯/铜复合材料的方法(CN105081312 A)用片状铜粉表面浸渍负载固体碳源PMMA，在铜片表面原位生长石墨烯来制备石墨烯/铜粉复合材料，这一方法需要对环境不友好的有机溶剂。天津大学的发明专利在铜粉表面原位催化固体碳源制备石墨烯/铜复合材料的方法(CN 104874803 A)通过球磨制备分散均匀的铜—聚甲基丙烯酸甲酯粉末，然后在管式炉中将聚甲基丙烯酸甲酯催化还原成石墨烯制备石墨烯/铜复合粉末。段绵俊等的发明专利一种新型高导电率、高强度石墨烯/铜材料及其制备方法(CN 103614583 A)利用球磨混合法爆炸烧结混合粉末，形成致密的，具有比纯铜更高强度和导电率的复合材料。江西理工大学的发明专利高强高导石墨烯铜基复合材料及其制备方法(CN 103952588 A)用水合肼在加入氧化石墨烯的硫酸溶溶液中还原出纳米铜粉和石墨烯，干燥后再于氢气气氛下还原，最后用等离子体烧结法制备石墨烯铜基复合材料。但是，由于石墨烯存在密度小、容易团聚以及制备过程中界面结合等问题，制约了石墨烯/金属复合材料的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异导电导热性能的石墨烯/铜电接触材料及其制备方法。

本发明的第一方面，提供了一种石墨烯/铜电接触材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)将铜粉加入到流化床中；

2)将气相碳源经所述流化床的甲烷裂解装置分解为碳氢原子后通入所述流化床中；

3)通入流化气到所述流化床中以流化铜粉；

4)在步骤2)所述碳氢原子和步骤3)所述流化气的作用下，热处理所述流化床中的经流化的铜粉，得到石墨烯/铜粉体材料；

5)烧结处理所述石墨烯/铜粉体材料，得到石墨烯/铜电接触材料。

在另一优选例中，所述气相碳源的裂解温度为800-1200℃，较佳地900-1100℃。

在另一优选例中，所述气相碳源选自下组：甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔、丙炔、或其组合。