專利名稱：晶須增強銅基電接觸材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電工觸頭材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種銅基電觸頭材料及制備方法。
背景技術(shù)：
目前公開的觸頭專利和正在應(yīng)用的觸頭材料中，一類是以銀為主成分的銀基電觸頭材料，另一類是以銅為主成分的銅基電觸頭材料。以銀為主成分的銀基電觸頭材料電性能很好，成本很高。以銅為主成分的銅基電觸頭材料成本低，電性能尚不如銀基觸頭。在觸頭使用量越來越多的當(dāng)今世界，用于觸頭的白銀逐年增加，這就迫切需要一種能夠完全取代銀基觸頭的電接觸材料。晶須是指在人工控制條件下以單晶形式生長成的一種纖維， 其直徑非常小(微米數(shù)量級)，不含有通常材料中存在的缺陷(晶界、位錯、空穴等)，其原子排列高度有序，因而其強度接近于完整晶體的理論值。其機械強度等于鄰接原子間力。晶須的高度取向結(jié)構(gòu)不僅使其具有高強度、高模量和高伸長率，而且還具有電、光、磁、介電、 導(dǎo)電、超導(dǎo)電性質(zhì)。四針狀氧化鋅晶須是迄今所有晶須中唯一具有空間立體結(jié)構(gòu)的晶須， 因其獨特的立體四針狀三維結(jié)構(gòu)，很容易實現(xiàn)在基體材料中的均勻分布，從而各向同性地改善材料的物理性能，同時賦予材料多種獨特的功能特性，如超高強度、各向同性、優(yōu)異的耐熱性、可調(diào)的電學(xué)性能、納米半導(dǎo)體活性。特別是氧化鋅的熔點高于1800°C，四針狀氧化鋅晶須可耐1720°C的高溫(高于此溫度可能升華)的特點，作為電接觸材料中抗熔焊成份不會在觸頭表面留下殘余影響導(dǎo)電的成份，具有得天獨厚的優(yōu)勢。碳化硅晶須同樣具有優(yōu)良的機械性能、耐熱性、耐用腐蝕性以及抗高溫氧化性能，該新產(chǎn)品與基質(zhì)材料具有良好的相容性。特別是在觸頭工作產(chǎn)生電弧時，碳化硅晶須能夠吸收氧氣，阻止或減少銅基體的氧化，同時在高溫電弧作用下，其燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳可使觸頭表面的氧化銅還原為金屬銅。采用粉末冶金方法在銅基體中加入碳化硅晶須或氧化鋅晶須，在起到彌散強化作用的同時，對材料電導(dǎo)率影響很小。作為高低壓電器用觸頭使用可以起到良好的抗熔焊、抗電弧燒蝕、抗氧化特別是抗高溫氧化，提高耐磨性、改善觸頭接觸電阻，降低溫升、提高電壽命等作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高強度、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、耐氧化、抗熔焊、耐電弧燒損和電壽命長碳化硅晶須或氧化鋅晶須增強銅基電接觸材料及其制備工藝。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
晶須增強銅基電接觸材料由電解銅粉、銅合金粉和晶須組成，晶須為碳化硅晶須或者四針狀氧化鋅晶須，晶須占電接觸材料總重量的0. 05 10% ；銅合金粉中含有占電接觸材料總重量0. 05 5%的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合。一種晶須增強銅基電接觸材料的制備方法如下
(1)晶須與電解銅粉、銅合金粉按比例混合，在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨 6 12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅合金粉平均粒度為一 200目；銅合金粉含有的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合，銅合金粉用水霧化法制成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250 300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結(jié)1 4小時，溫度800 1000°C；
(4)燒結(jié)后的坯料在500 600噸的壓力下復(fù)壓；
(5)復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛下于800 960°C復(fù)燒，燒結(jié)溫度為1 2小時；
(6)復(fù)燒后的坯料于700 950°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理，處理溫度500 870°C，處理時間1 3小
時；
(8)將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。本發(fā)明晶須增強銅基電接觸材料，兼具金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，不但強度高，而且具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，抗熔焊、耐電弧燒蝕、耐腐蝕、抗氧化尤其高溫抗氧化性等優(yōu)良特性?？蓮V泛應(yīng)用于電接觸材料，如高低壓電器用觸頭材料、電刷、受電弓滑板等。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明晶須增強銅基電接觸材料是由電解銅粉、銅合金粉與重量百分比為 0. 05 10%的碳化硅晶須或氧化鋅晶須通過粉末冶金工藝方法制備。實施例1
(1)碳化硅晶須1.5kg ；含銀Ikg的銀銅合金粉10kg和電解銅粉88. 5kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨6小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銀銅合金粉平均粒度為一 200目；銀銅合金粉用水霧化法制成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結(jié)1小時，溫度1000°C；
(4)燒結(jié)后的坯料在500噸的壓力下復(fù)壓；
(5)復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛下于800°C復(fù)燒，燒結(jié)溫度為2小時；
(6)復(fù)燒后的坯料于700°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理，處理溫度500°C，處理時間3小時；
(8)將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。實施例2
(1)氧化鋅晶須粉50kg；含鑭30kg的銅鑭合金粉200kg和電解銅粉750kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨8小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅鑭合金粉平均粒度為一 200目；銅鑭合金粉用水霧化法制成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在^OMh下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結(jié)2小時，溫度90°C；
(4)燒結(jié)后的坯料在550噸的壓力下復(fù)壓；
4(5)復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛下于860°C復(fù)燒，燒結(jié)溫度為1.3小時；
(6)復(fù)燒后的坯料于800°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理，處理溫度700°C，處理時間1.5小時；
(8)將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。實施例3
(1)氧化鋅晶須0.5kg ；含碲0. 4kg的銅碲合金粉10kg ；含鑭0. 3kg的鑭銅合金粉 10% ；含鋁0. Ikg銅鋁合金粉10kg ；含鋯0. 05kg的銅鋯合金粉10kg和電解銅粉59. 5kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨9小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉、銅碲金粉、鑭銅合金粉、銅鋁合金粉和銅鋯合金粉平均粒度為一 200目；銅碲金粉、鑭銅合金粉、銅鋁合金粉和銅鋯合金粉用水霧化法制成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在^OMh下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結(jié)3小時，溫度900°C；
(4)燒結(jié)后的坯料在580噸的壓力下復(fù)壓；
(5)復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛下于900°C復(fù)燒，燒結(jié)溫度為1.5小時；
(6)復(fù)燒后的坯料于900°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理，處理溫度850°C，處理時間1.5小時；
(8)將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。實施例4
(1)碳化硅晶須0. 05kg、含碲3g的銅碲合金粉20kg、含鑭Ig的銅鑭合金粉20kg、含鋁0. 5g的銅鋁合金粉10kg、含鋯0. 5g的銅鋯合金粉IOkg和電解銅粉39. 95kkg,在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉、銅碲合金粉、銅鑭合金粉、銅鋁合金粉和銅鋯合金粉平均粒度為一 200目；銅碲合金粉、銅鑭合金粉、 銅鋁合金粉和銅鋯合金粉用水霧化法制成。(2)將所獲得的混合粉末在300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料。(3)圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下于1000°C燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1小時。(4)燒結(jié)后的坯料在600噸的壓力下復(fù)壓。(5)復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛下于960°C復(fù)燒，燒結(jié)溫度為1小時。(6)復(fù)燒后的坯料于950°C下熱擠壓成板材。(7)板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理，處理溫度870°C，處理時間1小時； (8)將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。實施例5
(1)氧化鋅晶須10kg；含碲0. 05g銅碲合金粉10kg和電解銅粉80kg在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅碲合金粉平均粒度為一 200目；銅碲合金粉用水霧化法制成；
(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250 300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；
(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結(jié)4小時，溫度1000°C；
(4)燒結(jié)后的坯料在600噸的壓力下復(fù)壓；(5)復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛下于960°C復(fù)燒，燒結(jié)溫度為2小時；
(6)復(fù)燒后的坯料于950°C下熱擠壓成板材；
(7)板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理，處理溫度870°C，處理時間3小時；
(8)將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。 銅中添加少量的銀并經(jīng)過大的變形處理，可以改善其強度、硬度，增加電導(dǎo)、熱導(dǎo)和抗腐蝕性，提高流動性和浸潤性并改善冷熱加工性能。在銅中適量加入稀土元素，能改善銅基合金低溫和高溫的抗氧化能力，提高銅基合金的強度和再結(jié)晶溫度，并使電導(dǎo)率略有提高。在銅中適量加鋯、鉻、鋁可以提高銅基材料的中、高溫抗氧化能力、抗燒蝕性能和耐腐蝕性能。鋁、碲在作為觸頭材料時可以通過其汽化降低觸頭溫度和具有滅弧作用。硼在觸頭工作時可以吸收氧，防止或減少銅基觸頭材料的氧化。
權(quán)利要求
1.晶須增強銅基電接觸材料，其特征在于由電解銅粉、銅合金粉和晶須組成，晶須為碳化硅晶須或者四針狀氧化鋅晶須，晶須占電接觸材料總重量的0. 05 10% ；銅合金粉中含有占電接觸材料總重量0. 05 5%的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合。
2.一種按照權(quán)利要求1所述的晶須增強銅基電接觸材料的制備方法，其特征在于，方法如下(1)晶須與電解銅粉、銅合金粉按比例混合，在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨 6 12小時，得到均勻的混合粉末；所述的電解銅粉和銅合金粉平均粒度為一 200目；銅合金粉含有的鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合，銅合金粉用水霧化法制成；(2)將所獲得的混合粉末用冷等靜壓機在250 300MI^下冷等靜壓成直徑為50mm的圓柱體坯料；(3)將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結(jié)1 4小時，溫度800 1000°C；(4)燒結(jié)后的坯料在500 600噸的壓力下復(fù)壓；(5)復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛下于800 960°C復(fù)燒，燒結(jié)溫度為1 2小時；(6)復(fù)燒后的坯料于700 950°C下熱擠壓成板材；(7)板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理，處理溫度500 870°C，處理時間1 3小時；(8)將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。
全文摘要
晶須增強銅基電接觸材料，由電解銅粉、銅合金粉和碳化硅晶須或四針狀氧化鋅晶須組成，銅合金粉中含有鋁、鋯、碲、銀、鈦、硼、稀土元素中的一種或任何組合；其制備方法如下晶須與電解銅粉、銅合金粉按比例混合，在氬氣保護氣氛下，在高能球磨機上球磨，得到均勻的混合粉末；將所獲得的混合粉末冷等靜壓成圓柱體坯料；將圓柱體坯料在氬氣保護氣氛下燒結(jié)；燒結(jié)后的坯料復(fù)壓；復(fù)壓后的坯料在氬氣保護氣氛復(fù)燒；復(fù)燒后的坯料熱擠壓成板材；板材在氬氣保護氣氛下進(jìn)行時效處理；將經(jīng)過時效處理的型材軋制或拉拔加工后，按產(chǎn)品尺寸進(jìn)行沖裁加工。本發(fā)明的電接觸材料，并具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，抗熔焊、耐電弧燒蝕、耐腐蝕，尤其高溫抗氧化性好。
文檔編號H01B13/00GK102426867SQ20111024621
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者何肖冰, 倪樹春, 劉新志, 楊叢濤, 王英杰 申請人:哈爾濱東大高新材料股份有限公司