電接觸材料以及制備該電接觸材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有優(yōu)秀的電特性和機械特性的電接觸材料，以及制備該電接觸材料 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電接觸材料是電導(dǎo)的接觸元件，用在當(dāng)電路在如斷路器或開關(guān)的電裝置中開啟或 閉合時接觸的部分。所述電接觸材料應(yīng)用于發(fā)動機開關(guān)、開關(guān)設(shè)備、MCBs、緊湊式發(fā)動機和 燈、汽車、家用電器等。
[0003] 所述電接觸材料要求高熔點、優(yōu)秀的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、低接觸電阻、優(yōu)秀的抗焊接 性、與抗磨損性相關(guān)的高硬度、接觸面變形小等物理性質(zhì)。
[0004] 所述電接觸材料可以分為低電流（1A以下）的接觸材料、中電流（1到600A)的接 觸材料和高電流（600A以上）的接觸材料。通常，導(dǎo)電性優(yōu)秀的材料用作所述低電流的接 觸材料。具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性、高抗磨損性、高熔點等的材料用作所述中電流的接觸材料。熔 點高的材料用作所述高電流的接觸材料。
[0005] 所述電接觸材料也可以分為基于鎢的接觸材料、基于氧化銀的接觸材料和基于貴 金屬的接觸材料。在這些接觸材料中通常使用的接觸材料是基于銀-氧化鎘（Ag-CdO)的 接觸材料。
[0006] 銀（Ag)具有非常優(yōu)秀的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，接觸電阻低并且抗腐蝕性高。因此，Ag 常用作電觸點的基材。但是，Ag的抗磨損性和抗沖擊性弱，并且昂貴。據(jù)此，當(dāng)Ag用作電 接觸材料時，所述電接觸材料占開關(guān)造價的大約30到60%。
[0007] 為了解決這個問題，使用Ag和氧化鎘（CdO)的合金或Ag和鎳（Ni)的合金。特別 地，Ag-CdO合金被廣泛使用。所述Ag-CdO合金的抗焊接性和抗磨耗性優(yōu)秀，并且在電觸點 的開啟/閉合中溫度增加率相對小，以及接觸電阻低。因此，所述Ag-CdO合金有穩(wěn)定的熱特 性和電特性。特別地，所述Ag-CdO合金廣泛用作電接觸材料。但是，在基于Ag-CdO的接觸 材料中，隨著從所述材料表面到所述材料內(nèi)部進行氧化，氧化物粒子粗化，并且形成稀疏氧 化層。因此，所述接觸材料的硬度降低，并且所述接觸材料的抗磨損性減小，從而引起麻煩。 CdO是一種毒性強的材料并且存在環(huán)境污染的問題。由于Ag的價格增加，Ag增加了所述電 接觸材料的總成本。據(jù)此，可以開發(fā)一種能夠取代所述Ag-CdO接觸材料的電接觸材料。
[0008] 近來，已經(jīng)提出一種通過向金屬中加入一種基于碳的化合物來制備的電接觸材料 以便改善所述電接觸材料的抗磨損性、電特性等。例如，第102324335號、第001624175號 和第001256450號中國專利已經(jīng)公開了包含Ag粉和碳納米管（CNTs)的電接觸材料。在這 些文件中描述的電接觸材料包含CNTs，從而改善觸點的電特性。但是，該電接觸材料的銀 (Ag)含量仍高。因此，制備成本高，制備過程復(fù)雜等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的詳細說明的一個方面是提供一種在具有電特性和機械特性的同時 能夠在低成本下易于制備的電接觸材料，以及一種制備所述電接觸材料的方法，所述方法 沒有環(huán)境污染的問題。
[0010] 為獲得這些和其他優(yōu)點并且以本說明書的意圖為依據(jù)，如在此具體化并概括描述 的，一種電接觸材料包含（i)鎳（Ni)與選自銀（Ag)、銅（Cu)和金（Au)的一種或多種金屬 的合金；和（ii) Ag納米粒子涂布的碳納米管（CNTs)、鍍Ag CNTs或Ag納米線。
[0011] 為獲得這些和其他優(yōu)點并且以本說明書的意圖為依據(jù)，如在此具體化并概括描述 的，一種電接觸材料包含（i)選自Ag、Cu、Ni和Au的一種或多種金屬；（ii)金屬氧化物， 其為氧化鎘、氧化銦、氧化錫、氧化鋅或其混合物；和（iii)Ag納米粒子涂布的CNTsj^Ag CNTs或Ag納米線。
[0012] 在一個示例性實施方式中，所述Ag和Ni可以用作所述金屬。所述氧化鎘可以用 作所述金屬氧化物。
[0013] 在一個示例性實施方式中，基于所述合金的總重量，所述金屬的含量可以是55到 65wt %，并且所述Ni的含量可以是35到45wt %。基于所述合金的總重量，納米填料（Ag納 米粒子涂布的CNTs、鍍Ag CNTs或Ag納米線）的含量可以是0. 1到5wt %。
[0014] 在一個示例性實施方式中，基于所述金屬和所述金屬氧化物的總重量，所述金屬 的含量可以是75到85wt %，并且所述金屬氧化物的含量可以是15到25wt %。基于所述金 屬和所述金屬氧化物的總重量，納米填料的含量可以是〇. 1到5wt%。
[0015] 在一個示例性實施方式中，所述碳納米管的表面涂布有粒徑為3到5nm的Ag納米 粒子，厚度為20到300nm的鍍Ag CNTs。所述Ag納米線的直徑可為10到300nm并且長度 可為10到70 μ m。
[0016] 在一個示例性實施方式中，所述金屬的粒徑可以是1到10 μπι。
[0017] 為獲得這些和其他優(yōu)點并且以本說明書的意圖為依據(jù)，如在此具體化并概括描述 的，一種制備電接觸材料的方法，該方法包括：(a)通過混合（i)選自Ag、Cu和Au的一種或 多種金屬與（ii) Ag納米粒子涂布的CNTs、鍍Ag CNTs或Ag納米線來制備粉狀混合物；(b) 使用超聲處理分散所述粉狀混合物，并且真空干燥分散的粉狀混合物；以及（c)燒結(jié)真空 干燥的粉狀混合物。
[0018] 為獲得這些和其他優(yōu)點并且以本說明書的意圖為依據(jù)，如在此具體化并概括描述 的，一種制備電接觸材料的方法，該方法包括：（a)通過混合（i)選自Ag、Cu、Ni和Au的一種 或多種金屬，（ii)金屬氧化物，其為氧化鎘、氧化銦、氧化錫、氧化鋅或其混合物，和（iii) Ag納米粒子涂布的CNTs、鍍Ag CNTs或Ag納米線來制備粉狀混合物；(b)使用超聲處理分 散所述粉狀混合物，并且真空干燥所述分散的粉狀混合物；以及（c)燒結(jié)所述真空干燥的 粉狀混合物。
[0019] 在一個示例性實施方式中，所述燒結(jié)可以是火花等離子體燒結(jié)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的電接觸材料，減少了高價貴金屬的含量，以便可以降低制備成本并 且改善價格競爭力。將Ag納米粒子涂布的nAgCNTs、鍍Ag CNTs或Ag納米線加入至本發(fā)明 的電接觸材料中。所述nAgCNTs、所述鍍Ag CNTs或所述Ag納米線起電橋的作用，以便可以 獲得優(yōu)秀的電特性并且改善機械特性和抗磨損性。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明的制備所述電接觸材料的方法，可以在短期內(nèi)便利地制備高密度樣 品，并且使樣品中的粒子間的間隙最小化，從而制備具有優(yōu)秀的硬度和導(dǎo)電性的電接觸材 料的樣品。
[0022] 從下面提供的詳細說明可見本申請的適用性的進一步范圍將變得更明顯。但是， 應(yīng)該理解的是，當(dāng)表示本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式時僅通過舉例說明的方式提供詳細的說明 和具體的實施例，這是因為從詳細的說明中可見對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在本發(fā)明精神 和范圍內(nèi)的各種改變和修改是明顯的。
【附圖說明】
[0023] 附圖圖示了示例性的實施方式并且連同說明一起用于講解本發(fā)明原理，包括的附 圖提供了對本發(fā)明的進一步理解并且被并入及構(gòu)成本說明書的一部分。
[0024] 在附圖中：
[0025] 圖IA為通過用銀（Ag)納米粒子涂布碳納米管（CNTs)的表面來制備的nAgCNTs 的透射電子顯微鏡（TEM)照片，圖IB為通過在CNTs的表面上鍍Ag來制備的鍍Ag CNTs的 掃描電子顯微鏡（SEM)照片，以及圖IC為Ag納米線的SEM照片；
[0026] 圖2為顯示根據(jù)示例性實施方式的制備電接觸材料的方法的流程圖；
[0027] 圖3A為示意性顯示根據(jù)示例性實施方式的包含nAgCNTs的電接觸材料的視圖，圖 3B為示意性顯示根據(jù)示例性實施方式的包含鍍Ag CNTs的電接觸材料的視圖，圖3C為示意 性顯示根據(jù)示例性實施方式的包含Ag納米線的電接觸材料的視圖，以及圖3D為示意性顯 示根據(jù)示例性實施方式的包含Ag-CdO-Ag納米線的電接觸材料的視圖；以及
[0028] 圖4A為示意性顯示基于Ag-Ni的常規(guī)電接觸材料的視圖，以及圖4B為示意性顯 示基于Ag-CdO的常規(guī)電接觸材料的視圖。
【具體實施方式】
[0029] 現(xiàn)在將參照附圖詳細提供示例性實施方式的說明。為參照附圖簡單說明的緣故， 相同或等同的部分將給出相同的附圖標(biāo)記，并且其說明將不再重復(fù)。
[0030] 本發(fā)明提供一種電接觸材料，其包含：（i)鎳（Ni)與選自銀（Ag)、銅（Cu)和金 (Au)的一種或多種金屬的合金；和（ii) Ag納米粒子涂布的碳納米管（CNTs)、鍍Ag CNTs或 Ag納米線，或者提供一種電接觸材料，其包含：（i)選自Ag、Cu、Ni和Au的一種或多種金屬； (ii)金屬氧化物，其為氧化鎘、氧化銦、氧化錫、氧化鋅或其混合物；和（iii)Ag納米粒子涂 布的CNTs、鍍Ag CNTs或Ag納米線。
[0031] ⑴金屬
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的電接觸材料包含金屬。所述金屬有導(dǎo)電性并且可以選自Ag、Cu、Ni 和Au。可以選擇兩種或更多種金屬。
[0033] 在本發(fā)明的實施例中，Ag和Ni用作所述金屬。Ag具有非常優(yōu)秀的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱 性以及優(yōu)秀的低接觸