[发明专利]多序度负载型GO混杂的铜铬电触头材料及其制备方法

说明书

多序度负载型GO混杂的铜铬电触头材料，通过在铜铬混合金属粉末中加入负载有稀土元素氧化物纳米颗粒的氧化石墨烯进行真空热压烧结，不仅能够克服氧化石墨烯与铜基体亲和力差、界面结合力差和氧化石墨烯导电能力差的问题，通过在石墨烯/金属界面处引入纳米粒子从而达到强化的目的。而且稀土元素能够增强石墨烯的表面活性和界面粘结性，提高了复合材料的综合性能。

技术领域

本发明属于电工材料的制备技术领域，具体的说是一种多序度负载型GO原位混杂的铜铬电触头材料及其制备方法。

背景技术

铜基复合材料因其具有高强高导性、热稳定性等优良性能，被广泛用作电触头材料。利用真空热压烧结方法制备的铜基复合材料，可综合发挥铜和其他材料的优良性能，提高电触头的综合性能。铬具有熔点高、硬度高、截流值小的特性，而且对氧具有很大的亲和性，保证了真空开关触头良好的吸气能力。因此，铜铬触头材料的分断能力强，适用于中压大功率领域。

石墨烯是只有一个原子层厚度的二维材料，由sp²杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。而且石墨烯是已知二维材料中强度和硬度最高的晶体结构，经计算其理论弹性模量高达1.1TPa，抗拉强度可达130GPa。石墨烯及其衍生物如氧化石墨烯作为理想的金属基复合材料增强体逐渐引起越来越多的关注。但石墨烯与铜基体的亲和力和界面结合力很差，并且在制备过程中容易发生团聚，在铜基体中的分散性以及界面的润湿性一直制约着其应用。

目前，现有技术中的氧化石墨烯通常在相对复杂、苛刻的环境中制得，不仅制备成本较高，产品纯度低，杂质含量高，而且制得的氧化石墨烯存在粒径尺寸相对较大，氧化程度较低，内部具有孔洞、缺陷结构，进而抗拉强度低，综合性能差的缺陷。且现有技术中的氧化石墨烯均没有负载结构。

因此，如何快速、便捷地制备出一种氧化程度高，性能优异的功能化合物负载型氧化石墨烯，并将其很好的添加、结合入铜铬触头材料来改善成品触头材料的综合力学性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的技术目的为：提供一种操作简单、成品粒径较小，功能化合物负载量大，且均匀度好，产品纯度较高，微观形貌规律，无缺陷的负载型氧化石墨烯，并将该负载型氧化石墨烯与铜、铬复合金属进行充分的结合，以制备出一种硬度、抗拉强度和导电率得到显著提高，综合性能优异的电触头材料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：多序度负载型GO混杂的铜铬电触头材料，包括以下重量百分比的组分：0.3wt%的GO，1.5-3.5wt%的纳米CeO₂粒子，该纳米CeO₂粒子负载于GO的表面，30%的铬，余量为铜和不可避免的杂质元素。

优选的，所述纯铜粉的粒径为2-5μm，铬粉的粒径为44μm。

多序度负载型GO混杂的铜铬电触头材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照1-1.5g：25-30ml：0.5-1g：6-9g的用量配比，分别称取高纯石墨粉、浓硫酸、硝酸钠和高锰酸钾，备用；

步骤二、依次将步骤一称取的浓硫酸、硝酸钠和高纯石墨粉加入三口瓶中，在冰水浴且不断搅拌条件下，保持反应体系的温度为0-5℃进行第一阶段反应25-40min，然后，将步骤一称取的高锰酸钾分为三份，按照每间隔8-12min添加一份的方式，在连续搅拌条件下，保持反应体系的温度10-20℃反应1.5-2.5h，之后，控制反应体系升温至30-40℃反应2.5-3.5h，之后，控制反应体系再次升温至85-95℃，并向其中加入去离子水进行第四阶段反应25-35min，得到反应产物，备用；