【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电触头材料的，具体涉及一种石墨烯包覆铜粉的制备，利用石墨烯包覆铜粉制备石墨烯复合铜铬触头的方法。
技术介绍
1、电触头是电器开关的接触元件，主要担负着接触、断开负载电流的任务，其工艺性能对于设备运行的稳定性及可靠性有着至关重要的影响。铜铬系触头材料因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性及高强度而广泛应用于各种断路器、真空负荷开关和变压器转换开关上。
2、传统铜铬触头材料成分均一，受铬掺杂影响，其导热导电性能一般，且很难再提升。
3、铜铬触头在与导电杆或触头杯焊接时，不仅需要高银的银铜焊料，还需要700℃高温以确保焊接强度。一种方法是在铜铬触头背面复合一层纯铜材料形成铜铬-铜结构，以降低焊接难度及焊接成本，但由于制造工艺上的不同，容易形成热应力差异，而导致纯铜部分发生脱落。
4、不仅是在功能聚合物方面，而且从金属材料发展上来说，采用3d打印功能梯度材料已成为一种普遍选择。然而，由于金、银、铜的高反射率及较低的光吸收率，往往导致该类材料的3d打印难度较高。
5、石墨烯修饰铜粉作为一种铜粉的改性手段，被用于降低铜粉的反射率，其有多种制备方式，包括球磨法、电弧法、化学合成法、气相沉积法等。由于球磨法生成的是片状粉末，而非球形，不满足3d打印中对粉末流动性的要求；电弧法制备的粉末粒径多为纳米级，适用性较窄；化学合成法和气相沉积法则成本高昂，难以大规模生产。并且以上方法除了电弧法，均是对铜粉的再加工，从工序上来讲略显繁琐。
6、粉末回收可有效降低3d打印的成本。然而，对
技术实现思路
1、本专利技术针对上述存在的问题，提供了一种石墨烯包覆铜粉的制备，利用其制备复合铜铬触头的方法，本专利技术的工艺兼容于传统的等离子雾化制粉过程，无需对铜粉再加工，而是从“源头”上实现铜粉改性，不仅大幅降低工艺成本，而且无需借助较为复杂的催化剂或辅助剂体系，制备的铜粉单分散性好，球形度高，石墨烯包覆完好，石墨烯结晶度高。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术一方面提供了一种可用于3d打印的石墨烯包覆铜粉的制备方法，具体为：在等离子体雾化方式制备铜粉的过程中，通过进料装置引入液态碳源，使液态碳源以雾化形式与熔融铜液滴充分接触，并于真空或惰性气体氛围下使液态碳源在高温铜粉表面快速裂解并重组为石墨烯包覆膜，以得到石墨烯包覆铜粉。
4、在本专利技术中，所述等离子体雾化制粉方式为等离子旋转电极法或等离子炬雾化法。
5、作为本专利技术的一种优选方案，所述液态碳源为室温下为液态或溶解于溶剂中的含碳化合物，包括但不限于乙醇或聚合物溶液，优选为乙醇。
6、作为本专利技术的一种优选方案，所述真空环境在不通入液态碳源时气压低于1pa，所述惰性气体包括但不限于氩气或氦气。
7、作为本专利技术的一种优选方案，所述等离子旋转电极法的设备包括雾化室，设置于雾化室底部的粉料收集区，设置于雾化室下部的进气口，设置于雾化室上部的抽气口/出气口，液态碳源进料装置，设置于雾化室一侧的等离子枪与设置于等离子枪相对位置的旋转电极棒料，所述液态碳源进料装置由电压源、环绕等离子枪的伞骨状环形阵列喷头与设置在旋转电极棒料一侧的环形电极组成，所述雾化形式包括但不限于电喷雾雾化，所述液态碳源雾化液滴与飞溅出的熔融铜液在雾化室内充分接触并反应沉积。
8、作为本专利技术的一种优选方案，所述等离子炬雾化法的设备包括雾化室，设置于雾化室顶部的多个等离子枪，设置于雾化室顶部轴心位置的矫直器与电极线材与设置于雾化室内部的环形管道，所述环形管道上设有多个喷雾头，所述雾化室底部设有粉料收集区与抽气口/出气口。
9、作为本专利技术的一种优选方案，所述石墨烯包覆膜为包裹于铜粉表面的碳材料薄膜，包括但不限于石墨烯薄膜及类石墨膜。
10、本专利技术另一方面提供了一种基于上述石墨烯包覆铜粉以制备石墨烯复合铜铬真空触头的方法，包括以下步骤：
11、s1：混粉
12、将石墨烯包覆铜粉进行粒径筛分后，与铬粉按不同质量百分比分别混合。
13、s2：3d打印
14、将不同配比的粉末以铬粉含量由低至高分别装入第一、第二、…的多级粉槽中，安装基板并根据程序设定，从第一粉槽开始在基板上依次铺粉，一个粉槽分别对应一个触头梯度层级，每至下一层级铺粉时调整相应的激光参数，直至得到石墨烯复合铜铬触头毛坯。除触头所在区域进行激光烧结成型外，同样对铺粉空间的外包围壁及触头层级分界处的铺粉层进行烧结，以便对剩余的梯度粉末逐层分类回收。
15、s3：热处理
16、将得到的石墨烯复合铜铬触头置于600-1000℃温度下热处理，保温1-4h。
17、s4：精加工
18、按照图纸对热处理后的毛坯进行精加工。
19、作为本专利技术的一种优选方案，所述s1中的石墨烯包覆铜粉为粒径30-50μm的球形粉末，所述的铬粉粒径与铜粉保持一致，无严格球形度要求，所述的混粉比例范围为0％-50％，具体可按5％、15％、25％或10％、20％、30％的方式搭配。
20、作为本专利技术的一种优选方案，所述s2中的3d打印优选为选择激光熔化成型，打印时每层铺粉厚度为20-30μm，所述的触头梯度层级优选为3层，各层级厚度根据定制触头长度及层数等比划分，所述的激光参数为光束直径40-100μm，扫描速度300-500mm/s，激光功率在铬含量不高于15％时为180-300w，在铬含量15-30％时为140-180w，在铬含量高于30％时为100-140w。
21、作为本专利技术的一种优选方案，s2中，3d打印的设备包括成型平台，进料平台与刮刀装置，3d打印时成型平台下降移动时所形成的铺粉空间的外壁设置为烧结区-外包围壁，位于触头工件区外部且铬含量发生变化时的非工件区粉末层设置为烧结区-界面层，其水平对应于触头工件区相应层级界面。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、1)本专利技术提出了一种可规模化快速制备常规粒径球形石墨烯包覆铜粉的方式，工艺兼容于传统的等离子雾化制粉过程，无需对铜粉再加工，而是从“源头”上实现铜粉改性，不仅大幅降低工艺成本，而且无需借助较为复杂的催化剂或辅助剂体系。制备的铜粉单分散性好，球形度高，石墨烯包覆完好，石墨烯结晶度高。
24、2)本专利技术通过材料结构设计，引入石墨烯以及梯度结构以提升铜铬触头的整体性能。其中，石墨烯既作为导热导电优化相，通过与铜基质高电子浓度的协同效应，进一步提升触头整体的抗电蚀抗熔焊性能，同时也作为降低铜反射率的改性手段，降低激光熔化成型增材制造含铜件的难度。铬含量梯度变化的结构既满足于电接触表面电气需求，也降低了背面的焊接难度，并一定程度上提高了铜铬触头主干的载流能力。
25、3)本专利技术通过3d打印一体化制备尽可能避免了由制备工艺差异导致的铜铬-铜触本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，在等离子体雾化方式制备铜粉的过程中，通过液态碳源进料装置引入液态碳源，使液态碳源以雾化形式与熔融铜液滴充分接触，并于真空或惰性气体氛围下使液态碳源在高温铜粉表面快速裂解并重组为石墨烯包覆膜，以得到石墨烯包覆铜粉。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述等离子体雾化制粉方式为等离子旋转电极法或等离子炬雾化法。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述的液态碳源为室温下为液态或溶解于溶剂中的含碳化合物，包括乙醇或聚合物溶液。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述的真空环境在不通入液态碳源时气压低于1Pa，所述的惰性气体包括氩气或氦气。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述等离子旋转电极法的设备包括雾化室，设置于雾化室底部的粉料收集区，设置于雾化室下部的进气口，设置于雾化室上部的抽气口/出气口，液态碳源进料装置，设置于雾化室一侧的等离子枪与设置于等离子枪相对位置的旋
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述等离子炬雾化法的设备包括雾化室，设置于雾化室顶部的多个等离子枪，设置于雾化室顶部轴心位置的矫直器与电极线材与设置于雾化室内部的环形管道，所述环形管道上设有多个喷雾头，所述雾化室底部设有粉料收集区与抽气口/出气口。
7.一种利用权利要求1所述的石墨烯包覆铜粉制备石墨烯复合铜铬触头的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备石墨烯复合铜铬触头的方法，其特征在于，S1中的石墨烯包覆铜粉为粒径30-50μm的球形粉末，所述的铬粉粒径与铜粉保持一致，所述的混粉比例范围为0％-50％，按5％、15％、25％或10％、20％、30％的方式搭配。
9.根据权利要求7所述的石墨烯复合铜铬触头的制备方法，其特征在于，S2中，3D打印为激光熔化成型，打印时每层铺粉厚度为20-30μm，触头梯度层级为3层，各层级厚度根据定制触头长度及层数等比划分，激光参数为光束直径40-100μm，扫描速度300-500mm/s，激光功率在铬含量不高于15％时为180-300W，在铬含量15-30％时为140-180W，在铬含量高于30％时100-140W。
10.根据权利要求7所述的制备石墨烯复合铜铬触头的方法，其特征在于，S2中，3D打印的设备包括成型平台，进料平台与刮刀装置，3D打印时成型平台下降移动时所形成的铺粉空间的外壁设置为烧结区-外包围壁，位于触头工件区外部且铬含量发生变化时的非工件区粉末层设置为烧结区-界面层，其水平对应于触头工件区相应层级界面。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，在等离子体雾化方式制备铜粉的过程中，通过液态碳源进料装置引入液态碳源，使液态碳源以雾化形式与熔融铜液滴充分接触，并于真空或惰性气体氛围下使液态碳源在高温铜粉表面快速裂解并重组为石墨烯包覆膜，以得到石墨烯包覆铜粉。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述等离子体雾化制粉方式为等离子旋转电极法或等离子炬雾化法。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述的液态碳源为室温下为液态或溶解于溶剂中的含碳化合物，包括乙醇或聚合物溶液。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述的真空环境在不通入液态碳源时气压低于1pa，所述的惰性气体包括氩气或氦气。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述等离子旋转电极法的设备包括雾化室，设置于雾化室底部的粉料收集区，设置于雾化室下部的进气口，设置于雾化室上部的抽气口/出气口，液态碳源进料装置，设置于雾化室一侧的等离子枪与设置于等离子枪相对位置的旋转电极棒料，所述液态碳源进料装置由电压源、环绕等离子枪的伞骨状环形阵列喷头与设置在旋转电极棒料一侧的环形电极组成，所述雾化形式包括电喷雾雾化，所述液态碳源雾化液滴与飞溅出的熔融铜液在雾化室内充分接触并反应沉积。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铜粉的制备方法，其特征在于，所述等离子炬雾化法的...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶启开，张亮，汪小知，沈龙，
申请(专利权)人：杭州英希捷科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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