[发明专利]一种石墨烯增强紫铜触头材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯增强紫铜触头材料的制备方法，包括步骤(1)制备预制层：将固态碳源和催化剂按一定比例混合，预涂在紫铜材料表面；以及步骤(2)制备石墨烯：采用高功率激光辐照在步骤(1)制备的预置层上，当激光关闭后，在预制层上即刻生长出表面覆盖的石墨烯。本发明制备出的石墨烯增强紫铜触头材料充分发挥了石墨烯高熔点、高热导率、高电导率、化学惰性及高摩擦系数的优点，为减少电气设备中触头材料烧蚀、磨损提供了可靠保障，解决了紫铜触头材料在服役过程中因直流开关中的电弧、动静触头摩擦造成的烧蚀和机械磨损，提高了直流开关关键零部件触头材料的使用性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于高压触头材料技术领域，具体涉及一种石墨烯增强紫铜触头的制备方法。

背景技术

电触头是电器开关、仪器组件等的接触元件，其性能与服役情况直接决定了电气开关的开断能力、接触安全和可靠性等。在实际使用过程中，触头材料面临着电弧开断难度大、电弧烧蚀严重等巨大挑战。因此，开发一种新型的耐电弧烧蚀的电触头材料对我国高压电气行业发展将大有裨益。

铜具有高导电、高导热的优异特性，是高压电力系统中的关键触头材料。但铜存在熔点低、杨氏模量低等缺点，通常采用合金化的方法可以提高铜触头的机械性能，但同时又会牺牲铜的部分优异的导电、导热性能。而石墨烯作为新兴材料，其具有超高的杨氏模量、电导率和热导率，满足高压系统对电工材料的需要。目前已有技术在铜及铜合金触头中添加石墨烯，结果显示石墨烯的添加可以提高铜基触头的使用性能和寿命。但石墨烯仅作为添加剂未能发挥其最大的性能，因此本发明采用激光加工技术在紫铜表面原位生长石墨烯，将石墨烯作为独立涂层抵抗外界破坏。

发明内容

本发明的目的在于提出一种石墨烯增强紫铜触头材料的制备方法，所制备出的石墨烯增强紫铜触头材料充分发挥了石墨烯高熔点、高热导率、高电导率，化学惰性及高摩擦系数的优点，为减少电气设备中触头材料烧蚀、磨损提供了可靠保障，解决了紫铜触头材料在服役过程中因直流开关中的电弧、动静触头摩擦造成的烧蚀和机械磨损，提高了直流开关关键零部件触头材料的使用性能和使用寿命。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种石墨烯增强紫铜触头材料的制备方法，具体包括：

(1)制备预制层：将固态碳源和催化剂按一定比例混合，预涂在紫铜材料表面；

(2)制备石墨烯：采用高功率激光辐照在步骤(1)制备的预置层上，当激光关闭后，在预制层上即刻生长出表面覆盖的石墨烯。

进一步地，步骤(1)中所述的固态碳源选用天然石墨粉、人造石墨粉、高定向热解石墨粉、镍包石墨粉中的任一种。所述石墨粉的粒径为0.1-20μm。

进一步地，步骤(1)中所述的催化剂包括镍粉，其粒径为1-10μm。

进一步地，步骤(1)中所述的催化剂由镍粉与铜粉混合而成，镍粉与铜粉的质量比为1:1-1:4，镍粉的粒径为1-10μm。

进一步地，步骤(1)中固态碳源与催化剂的质量之比为1:1-10:1。

进一步地，步骤(1)中预涂的方式包括但不限于旋涂、模压。

进一步地，步骤(2)中所述的高功率激光选用半导体激光、二氧化碳激光、光纤激光中的任一种。所述高功率激光的波长为1-12μm，激光的额定功率为3000-10000W。

进一步地，步骤(2)中激光辐照的工艺条件为：激光功率1000-6000W，扫描速度10-1000mm/s，激光光斑直径0.5-5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：