一种铜/碳复合材料及其制备方法和在电接触材料中的应用技术

本发明专利技术属于电接触材料技术领域，具体涉及一种铜/碳复合材料及其制备方法和在电接触材料中的应用。该铜/碳复合材料，包括95～98％铜和2～5％碳，其制备方法，包括以下步骤：(1)在淀粉分散液中加入铜粉搅拌混合得到铜/淀粉混合液；(2)真空干燥得到铜/淀粉粉体，初压后热解得到铜/碳烧结坯；(3)复压后复烧得到铜/碳复合材料。通过淀粉原位热解合成铜/碳复合材料，再进行复压复烧，提高其致密度，改善了碳与铜基体之间的分散性问题，提高了材料的电接触寿命和抗熔焊性。寿命和抗熔焊性。寿命和抗熔焊性。

【技术实现步骤摘要】
一种铜/碳复合材料及其制备方法和在电接触材料中的应用


[0001]本专利技术属于电接触材料
，具体涉及一种铜/碳复合材料及其制备方法和在电接触材料中的应用。

技术介绍

[0002]电接触材料是电器开关的核心组件和关键材料，负担接通、断开电路及负载电流的任务，材料性能决定了电器开关的开断能力和接触可靠性，其在低压电器中的服役环境极其复杂和严苛，因此需要综合考虑其物理性能、机械性能、热力学性能以及化学性能等各种因素。在低压电器接触元件中，通常采用粉末冶金方法制造银基电接触材料，但是银是贵金属，成本较高，而电接触材料的需求量很大，且使用过程中，银会部分损失，很难回收利用。因此从上世纪80年代末开始，我国兴起了低压电器用铜基电接触材料的研发热潮，希望达到节约银的目的。
[0003]铜具有良好的导电性能、导热性能以及延展性能，而石墨具有热膨胀系数低、自润滑、耐磨损性能好等优点，因此铜/石墨电接触材料不仅拥有优良的耐机械磨损性和抗电弧侵蚀性能，被广泛应用于低压断路器和空气自动开关等领域。但是由于抗熔焊性不足，现行的铜/石墨电接触材料在极限电流6000A的通断实验中表现不稳定，未能取代昂贵Ag/C电接触材料在D型断路器中的使用。且铜/石墨复合材料中石墨与铜的密度差较大，石墨易出现团聚现象，难以混合均匀，引起第二相分散性不均和偏聚现象，导致的电接触寿命短、抗熔焊性不足。
[0004]现有铜/碳复合材料的制备方法，可分为固固混合和固液混合，固固混合为在铜中添加石墨烯，富勒烯等含碳材料，虽然能小幅度的提高铜与碳之间结合能力，但是不能从根本上解决铜/碳复合材料的致密性不足以及碳的分散问题。固液混合是将液体的含碳材料与铜进行包覆混合，可以有效提高铜/碳复合材料的致密性，但是目前碳材料的利用率较低，成本较高，工艺繁琐，生产成本较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对以上技术问题，提供一种铜/碳复合材料，可有效改善碳与铜基体之间的分散性，应用在电接触材料中，可以提高材料的电接触性能。
[0006]本专利技术技术方案中的铜/碳复合材料，包括95～98％铜和2～5％碳。
[0007]进一步，上述铜/碳复合材料中碳的粒径为1～20μm。
[0008]细小的碳颗粒，更易在铜基体中均匀分散，可以提高铜/碳复合材料的抗熔焊性和抗电弧烧蚀性，及其在低压电器上的使用寿命。
[0009]本专利技术还提供上述铜/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)在淀粉分散液中加入铜粉搅拌混合得到铜/淀粉混合液；
[0011](2)真空干燥得到铜/淀粉粉体，初压后热解得到铜/碳烧结坯；
[0012](3)复压后复烧得到铜/碳复合材料。
[0013]通过淀粉原位热解合成铜/碳复合材料，再进行复压复烧，提高其致密度，改善了碳与铜基体之间的分散性问题，提高了材料的电接触寿命和抗熔焊性。
[0014]进一步地，步骤(1)中搅拌速度为300～500rpm，搅拌时间为0.5～3h。
[0015]进一步地，步骤(1)中淀粉分散液为淀粉分散于的溶剂中形成，优选为在40～50℃条件下分散，溶剂为甲酸、乳酸的一种或两种。
[0016]进一步地，步骤(1)中淀粉分散液中淀粉的含量为20～200mg/mL。
[0017]进一步地，步骤(1)中淀粉和铜粉的质量比为1:2～6。
[0018]进一步地，步骤(2)中真空干燥时真空压强为0.86～1.0MPa，真空干燥温度为70～90℃，时间为1.5～2.0h。
[0019]进一步地，步骤(2)中初压的压力为200～300MPa，保压时间为70～120s。
[0020]进一步地，步骤(2)中热解为先在600～700℃保温2～3h，后升温至900～950℃保温2～3h。
[0021]进一步地，步骤(3)中复压的压力为1000～1200MPa，保压时间为70～120s。
[0022]进一步地，步骤(3)中复烧为在900～1000℃保温2～3h。
[0023]上述铜/碳复合材料应用于电接触材料中，具有良好的电接触性能。
[0024]相比现有技术，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：
[0025](1)通过淀粉原位热解合成铜/碳复合材料，改善了碳与铜基体之间的分散性，提高了复合材料的电接触性能；
[0026](2)所得铜/碳复合材料中，碳细小而弥散，可以提高电接触材料的抗熔焊性和抗电弧烧蚀性；
[0027](3)本专利技术采用两次压制与烧制，可以提高材料的致密度，进一步提高其电接触性能；
[0028](4)本专利技术所得铜/碳复合材料有望打破铜基材料在D型断路器中无法使用的壁垒，实现对贵金属银基触头材料的替代。
附图说明
[0029]图1为实施例1所得铜/碳复合材料的表面金相图；
[0030]图2为对比例1所得铜/碳复合材料的表面金相图。
具体实施方式
[0031]下面通过具体实施例和附图，对本专利技术的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本专利技术，不用于本专利技术的具体限制。且本文中所使用的附图，仅仅是为了更好地说明本专利技术所公开内容，对保护范围并不具有限制作用。如果无特殊说明，本专利技术的实施例中所采用的原均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
[0032]经过对淀粉热处理实验，得到本专利技术中淀粉的成碳率为10～11％。
[0033]实施例1
[0034]本实施例铜/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035](1)将1.0g淀粉加入到50ml，40℃的甲酸中，500rpm搅拌0.5h形成分散液，加入
5.2g铜粉后500rpm搅拌2.0h得到铜/淀粉混合液；
[0036](2)真空压强为0.86MPa时，90℃真空干燥2.0h得到铜/淀粉粉体，260MPa压力下保压70s，在氮气气氛下5℃/min升至700℃，保温2h，促进淀粉热解，5℃/min升至950℃，保温2h得到铜/碳烧结坯；
[0037](3)在1200MPa压力下保压70s进行复压，在氮气气氛下5℃/min升至950℃，保温2h得到铜/碳复合材料(碳的最大粒径为10μm，碳含量为2.0％)。
[0038]实施例2
[0039]本实施例铜/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0040](1)将1.52g淀粉加入到50ml，40℃的甲酸中，300rpm搅拌1.5h形成分散液，加入5.2g铜粉后500rpm搅拌2.0h得到铜/淀粉混合液；
[0041](2)真空压强为0.86MPa时，80℃真空干燥2.0h得到铜/淀粉粉体，230MPa压力下保压70s，在氮气气氛下5℃/min升至700℃，保温2h，促进淀粉热解，5℃/min升至950℃，保温2h得到铜/碳烧结坯；
[0042](3)在1100MPa压力下保压70s进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜/碳复合材料，其特征在于，包括95～98％铜和2～5％碳。2.根据权利要求1所述的铜/碳复合材料，其特征在于，所述铜/碳复合材料中碳的粒径为1～20μm。3.一种如权利要求1所述的铜/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在淀粉分散液中加入铜粉搅拌混合得到铜/淀粉混合液；(2)真空干燥得到铜/淀粉粉体，初压后热解得到铜/碳烧结坯；(3)复压后复烧得到铜/碳复合材料。4.根据权利要求3所述的铜/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中淀粉分散液中淀粉的含量为20～200mg/mL。5.根据权利要求3所述的铜/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中淀粉和铜粉的质量比为1:2...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷文伟，何小其，
申请(专利权)人：宁波工业互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：