电接触材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电接触材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 电接触材料是制备电力、电器电路中通、断控制及负载电流电器(如开关、继电器、 起动器及仪器仪表等)的关键材料。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。
[0003] 电接触材料主要包括例如：银基电接触材料、铜基电接触材料、银/石墨复合材料 等，其具有良好的耐电磨损、良好的导电性、高抗熔焊性、小接触电阻且性能稳定等优点，因 此被成功应用在电路断路器、漏电保护开关等开关仪表中。
[0004] 目前常用的为银/石墨复合材料，其不仅大幅提高了银的抗氧化性及抗熔焊性， 还具有优良的润滑性，广泛应用于触头材料中。银/石墨触头材料的主要制备方法有机械 混粉法和液相包覆法。机械混粉法是将银粉和石墨粉以球磨等机械混合的方式来制备，材 料组织结构易出现成份偏析和混合不均匀的现象，导致材料致密度低、电阻率高、电气使用 性能较低。液相包覆法是在含有镀层金属银离子的溶液中加入石墨粉，将其搅拌分散，再加 入适当的还原剂使银离子还原，溶液中石墨颗粒起人工晶核的作用，还原出的银原子将优 先在石墨颗粒表面成核长大，制备出混合比较均匀和较细颗粒的银/石墨包覆粉，液相包 覆法改善了材料的界面结合状态，材料的性能得以提高，工艺简单，成本低。但是该方法工 艺控制比较难，银粉生长也较难控制，因而所制得的材料稳定性较低。
[0005] 经过对现有技术的检索发现，中国发明专利CN101654746B公开了一种在电接触 材料制备中添加碳素物质的方法，是以生物质衍生碳质中间相的乙醇溶液对金属粉体进行 浸渍，粉体经烘干、热处理后，金属粉体表面的有机物生成亚微米或纳米碳素颗粒，碳素颗 粒的添加提高了电接触材料的综合性能，但在此过程中金属粉体的尺寸不可调，生物质衍 生碳质中间相对金属粉体浸渍时，碳素物质的添加比例不易调控，且易浸渍不均匀、容易团 聚、中间相与金属粉体结合不紧密，导致生成的电接触材料性能的稳定性较差。
[0006] 因此存在对克服上述缺陷的新的银基复合材料以及银基复合材料的制备方法的 需要。
【发明内容】
[0007] 上述问题通过提供本发明的制备电接触材料的方法以及通过本发明的方法获得 的电接触材料至少部分得以解决。
[0008] 根据本发明的制备电接触材料的方法包括以下步骤：
[0009] (1)分别将含金属前驱体、生物质衍生碳质中间相和还原剂溶解在醇类溶剂中配 置为醇溶液；
[0010] (2)将含金属前驱体、生物质衍生碳质中间相和还原剂溶解在醇类溶剂中配置为 醇溶液混合均匀，充分反应；
[0011] (3 )通过离心、干燥来收集步骤（2 )中反应得到的表面包覆有生物质衍生碳质中间 相膜层的复合微纳米金属粉；
[0012] (4)将步骤（3)所得的复合纳米金属粉在非氧化性气氛下热处理，使生物质衍生碳 质中间相膜层转变为含金刚石相或类金刚石相薄膜。
[0013] 优选地，上述方法可还包括将步骤（4)所得的含金刚石相或类金刚石相薄膜的复 合微纳米金属粉补充常规组分，以及进行常规触点材料制备工序的步骤。
[0014] 优选地，所述步骤（2)可包括以下步骤：
[0015] (2a)将还原剂的醇溶液加入到生物质衍生碳质中间相的醇溶液中；
[0016] (2b)将含金属前驱体的醇溶液加入到步骤（2)中所得的混合溶液中，混合均匀，充 分反应。
[0017] 本发明的制备电接触材料的方法为原位合成法，其具有如下优点：原材料均为醇 溶液形式，解决了现有技术中碳质粉体或金属粉难以实现均匀分散的问题；使金属粉与中 间相薄膜形成有机致密结合，且中间相薄膜在金属粉表面形成均匀连续的膜层；还原得到 的金属粉颗粒尺寸均一、粒径小、尺寸大小可调控；碳含量可控，比浸渍法有所提高，并且节 约含金属前驱体(特别是含贵金属前驱体）的用量；金属粉表面的中间相薄膜可在热处理过 程中有效转化成金刚石相或类金刚石相膜层，能提升触点的性能；金刚石相或类金刚石相 与金属粉形成有机致密结合，在触点制备工艺中，金刚石相或类金刚石相与金属粉可均匀 分散；成本较低，制备工艺简单。
[0018] 优选地，根据本发明的方法在步骤（2)中可包括恒温搅拌或超声辅助的步骤，并且 优选地，在步骤（2b)中可加入催化剂。
[0019] 所述含金属前驱体选自含银、钼、金、铜的前驱体。
[0020] 根据本发明的制备电接触材料的方法所使用的醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、 异丙醇、正丁醇、正戊醇、乙二醇中的一种或多种或其水合体系；所使用的还原剂选自甲醛、 乙二醛、乙二胺、葡萄糖、酒石酸钾钠、柠檬酸钠、水合肼、维生素 C、硼氢化钠或抗坏血酸中 的一种或多种；所使用的非氧化性气氛选自纯氢气、含氢混合气或氨气。
[0021] 优选地，步骤（2b)中所使用的催化剂选自铁盐、钴盐和镍盐。
[0022] 特别地，可使用根据本发明的方法制备含银电接触材料，其中，所述含银前驱体醇 溶液为硝酸银醇溶液，其银离子浓度为〇. 001~〇. lg/ml，所述还原剂的醇溶液中还原剂的 浓度为〇. 001~〇. 12g/ml，所述生物质衍生碳质中间相的醇溶液中生物质衍生碳质中间相 的浓度为〇. 001~〇. lg/ml ;其中，所述含银前驱体：还原剂：生物质衍生碳质中间相的质 量比为1 :1~1. 2 :0· 016~L 5。
[0023] 优选地，根据本发明的制备电接触材料的方法的在步骤（2)中的反应温度为20~ l〇〇°C，反应时间为10分钟到24小时。
[0024] 优选地，根据本发明的制备电接触材料的方法的在步骤（4)中的热处理温度为 500~1000°C，热处理时间为1小时到10小时。
[0025] 根据本发明的方法制备的电接触材料中，均匀弥散分布有含金刚石相或类金刚石 相，其中，金属基体为纳米金属粉，其平均粒径为1~500nm，因此，可以提高触头材料的硬 度和热导率，并改善其耐电弧侵蚀性，对触头材料产生积极影响。
【附图说明】
[0026] 图1是根据本发明的制备电接触材料的方法的流程图。
[0027] 图2是通过根据本发明的制备电接触材料的方法制备的电接触材料的EBSD图。
[0028] 图3是图2的局部放大EBSD图。
[0029] 图4是根据本发明的制备电接触材料的方法中包括搅拌或超声步骤以及不包括 搅拌或超声步骤时制备的电接触材料中的金属颗粒对照图。
[0030] 图5是根据本发明的制备电接触材料的方法制备的电接触材料的拉曼光谱图。
【具体实施方式】
[0031] 下面将参照附图描述根据本发明的制备电接触材料的方法的实施例。
[0032] 图1中图示了根据本发明的制备电接触材料的方法的流程图。
[0033] 根据本发明的制备电接触材料的方法开始于步骤101、102和103,在步骤101、102 和103处，分别将含金属前驱体、生物质衍生碳质中间相和还原剂溶解到醇溶液中，配置得 到相应的含金属前驱体、生物质衍生碳质中间相和还原剂的醇溶液。在步骤104处，将生物 质衍生碳质中间相醇溶液和还原剂醇溶液混合，然后将步骤101处获得的含金属前驱体醇 溶液添加到生物质衍生碳质中间相醇溶液和还原剂醇溶液的混合溶液中，使其充分反应。 然后在步骤105处，将在步骤104中生成的产物离心并且干燥，获得表面包覆有生物质衍生 碳质中间相膜层的复合微纳米金属粉。最后，在步骤106处，将在步骤106处得到的复合微 纳米金属粉在非氧化性气氛下进行热处理，使金属粉表面的生物质衍生碳质中间相膜层转 化为含金刚石或类金刚石薄膜。
[0034] 在步骤104中还可优选包括搅拌或超声步骤107,以使步骤4中的反应更充分进 行，并且所获得的复合微纳米金属粉颗粒更细小、均匀。
[0035] 本发明的制备电接触材料的方法适用于常用的任何金属基电接触材料，例如Ag、 Pt、Au和Cu等。下面将以银基电接触材料的制备方法的实施例来描述根据本发明的制备 电接触材料的方法。
[0036] 实施例1
[0037] (1)称取0.1 g硝酸银溶解于IOml无水乙醇中配制成硝酸银的乙醇溶液；
[0038] (2)称取0. 12g抗坏血酸加入到IOml无水乙醇中，再加入浓度为0.0 Olg/ml的生 物质衍生碳质中间相的乙醇溶液2ml，搅拌；
[0039] (3)将步骤（1)中的溶液逐滴滴入到步骤（2)的溶液中，加入0. 02g硝酸铁在40°C 下恒温搅拌反应lOmin，离心、干燥收集得到表面包覆有生物质衍生碳质中间相膜层的复合 微纳米银粉；
[0040] (4)将步骤3中的得到的复合微纳米银粉在纯氢气气氛下进行热处理，温度为 600°C时间2h，银粉表面的生物质衍生碳质中间相膜层转化成类金刚石薄膜，再经过常规触 点材料制备工序，得到银基电接触材料。
[0041] 实施例2
[0042] (1)称取0.1 g硝酸银溶解于IOml无水乙醇中配制成硝酸银的乙醇溶液；
[0043] (2)称取0.1 g抗坏血酸加入到IOml无水乙醇中，再加入浓度为0.0 lg/ml的生物 质衍生碳质中间相的乙醇溶液2ml，搅拌；
[0044] (3)将步骤（I)中的溶液逐滴滴入到步骤（2)的溶液中，加入0. 03g硝酸镍，在40°C 下恒温超声辅助反应30min，离心、干燥收集得到表面包覆有生物质衍生碳质中间相膜层的 复合微纳米银粉；
[0045] (4)将步骤3中的得到的复合微纳米银粉在纯氢气气氛下进行热处理，温度为 800°C时间6h，银粉表面的生物质衍生碳质中间相膜层转化成类金刚石薄膜，再经过常规触 点材料制备工序，得到银基电接触材料。
[0046] 实施例3
[0047] (1)称取0.0 lg硝酸银溶解于IOml异丙醇中配制成硝酸银的醇溶液；
[0048] (2)称取0· 012g葡萄糖加入到IOml异丙醇中，再加入浓度为0· 002g/ml的生物质 衍生碳质中间相的异丙醇溶液lml，搅拌；
[0049] (3)将步骤（1)中的溶液逐滴滴入到步骤（2)的溶液中，加入0. 02g硝酸钴，在20°C 下恒温反应搅拌lh，离心、干燥收集得到表面包覆有生物质衍生碳质中间相膜层的复合微 纳米银粉；
[0050] (4)将步骤3中的得到的复合微纳米银粉在氢气、氮气混合气气氛下进行热处理， 温度为900°C时间2h，银粉表面的生物质衍生碳质中间相膜层转化成类金