[发明专利]纳米氧化石墨烯原位强化型铜铬电触头材料的制备方法

说明书

纳米氧化石墨烯原位强化型铜铬电触头材料的制备方法，先利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯纳米片，再将铜粉、铬粉混合均匀，之后对氧化石墨烯纳米片进行超声分散，将混合好的金属粉末转移至超声分散后的氧化石墨烯悬浮液中进行机械搅拌，混合均匀后进行真空冷冻干燥，最后通过真空热压烧结制得。本发明通过在铜铬混合金属粉末中加入自制的氧化石墨烯纳米片进行真空热压烧结，高温下氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，克服了石墨烯与铜基体亲和力差、界面结合力差、氧化石墨烯导电能力差的问题，而且在烧结过程中石墨烯/金属界面处原位形成了纳米碳化物，提高了电触头材料的综合性能。方法本身工艺简单，能耗少，性能改善显著。

技术领域

本发明属于电工材料的制备技术领域，具体的说是一种纳米氧化石墨烯原位强化型铜铬电触头材料的制备方法。

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。因此，如何快速、便捷地制备一种氧化程度高，性能优异的氧化石墨烯，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：提供一种步骤简单、安全可靠，制备成本低，成品粒径较小，产品纯度高，微观形貌规律，无缺陷的氧化石墨烯的制备方法，并将该自制的氧化石墨烯与铜、铬复合金属进行充分的结合，以制备出一种硬度和抗拉强度得到显著提高，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：纳米氧化石墨烯原位强化型铜铬电触头材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、氧化石墨烯纳米片的制备

①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；

②依次将步骤①称取的浓硫酸、硝酸钠和石墨加入三口瓶中，在不断搅拌条件下，保持反应体系的温度为0-5℃进行第一阶段反应30-60min，然后，将步骤①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30-35℃反应3h，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；