[发明专利]一种协同提高CuW触头材料电弧烧蚀性能的方法

说明书

本发明公开了一种协同提高CuW触头材料电弧烧蚀性能的方法，该方法包括：一、将球形电解铜粉碾压成片状后加入还原钨粉进行球磨并混匀得钨铜改性混合粉末；二、对膨胀石墨依次进行低温、中温和高温插层氧化得到氧化石墨烯；三、将钨铜混合粉末和氧化石墨烯加入到乙醇‑水混合溶液中混匀，经干燥得氧化石墨烯/钨铜复合粉体，然后进行低温热还原得还原氧化石墨烯/钨铜复合粉体；四、将还原氧化石墨烯/钨铜复合粉体进行放电等离子液相烧结得CuW触头材料。本发明将氧化石墨烯加入到钨铜改性混合粉末中先热还原成还原氧化石墨烯，然后采用放电等离子液相烧结生成碳化钨纳米颗粒，两者协同强化提高了CuW触头材料的电弧烧蚀性能及力学性能。

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种协同提高CuW触头材料电弧烧蚀性能的方法。

背景技术

现代工业的高速发展对结构功能材料提出了更高的性能要求，尤其使高导电、高强韧以及耐高温材料成为研究热点，而其中关于难熔金属及其复合材料的研究最为广泛。钨铜复合材料是由互不相容的钨、铜两相均匀混合形成的假合金，兼有钨和铜的本征物理性能，可灵活、准确设计其成分和性能，因而在机械、电力、军事和航空航天、电子、轨道交通等领域得到广泛应用。

铜钨复合材料自面世以来，一直作为高压断路器的核心部件，承载导通电流，当过载时及时分断故障电流，以保证电网的安全。但在分断故障电流时，在钨铜触头表面会形成高密度的大电弧，造成触头表面熔化，触头表面熔化的金属铜在电磁力的作用下形成喷溅的液滴，从而在触头表面形成烧蚀斑点。当高密度的大电弧的弧根集中在触头表面某一局部区域时，易在触头表面形成局部的大烧蚀坑，导致触头过早失效，从而影响高压电器运行安全和可靠性。因此，在分断故障大电流时，使电弧均匀地分散在触头表面，是避免在触头表面某一局部区域形成大烧蚀坑，导致触头过早失效的关键所在。这就要求触头材料应当同时具有相当高的导电性能和强度，以抵抗电弧烧蚀。国内外对钨铜触头的研究主要集中在三个方面，其一，开发新型的触头材料；其二，在不改变材料的情况下，寻找新的制备工艺；其三，在主要材料不变的情况下，通过添加新的合金元素或非金属化合物提高材料性能。但是，由于目前还没有找到新的材料来代替现有的触头材料，所以各国的研究主要通过后两种途径来提高触头材料的综合性能。

为改善铜钨触头的综合性能，研究人员开展了多方面的研究，通过微合金化和添加新组元细化晶粒，提高复合材料的综合性能。Li等采用液液掺杂制备出添加2.0wt％La₂O₃的W75-Cu25复合材料，该复合材料综合性能较佳，其导电率为52.5％，硬度为288HB，抗拉强度为375.9MPa；A.Elsayed等通过机械合金化及放电等离子工艺在950℃烧结获得致密度达到90％以上，断裂强度为335MPa以及硬度为2.31GPa的纳米晶W70-Cu30复合材料；Sun等利用纳米粉在1400℃烧结1.5h获得的致密度高达99％且具有高强度的W90-Cu10复合材料。但由于铜钨触头材料的力学性能和电性能尤其是电弧烧蚀性能之间此消彼长的制约关系，合金化和细化晶粒提高了铜钨触头材料的强度，也必然会促进电子散射，导致触头材料电性能的下降。这对电压等级、开断电流越来越高的高压断路器来讲极其不利。因此寻找既能提高机械强度又能协同提高电性能的钨铜触头材料，是解决触头材料抗烧蚀问题的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种协同提高CuW触头材料电弧烧蚀性能的方法。该方法将氧化石墨烯加入到钨铜改性混合粉末中进行热还原生成还原氧化石墨烯，然后采用放电等离子液相烧结原位生成碳化钨纳米颗粒，还原氧化石墨烯与碳化钨纳米颗粒协同强化，提高了CuW触头材料的电弧烧蚀性能，同时提高CuW触头材料的力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种协同提高钨铜基触头材料电弧烧蚀性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：