BR102014029992A2

BR102014029992A2 - materiais de contato elétrico e método de preparo dos mesmos

Info

Publication number: BR102014029992A2
Application number: BR102014029992A
Authority: BR
Inventors: Dong Mok Lee; In Chan Song; Jeong Hyeon Sim; Ki Hun Park; Seung Hyun Baik
Original assignee: Lsis Co Ltd; Univ Sungkyunkwan Res & Bus
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-09-15
Also published as: CN104681312A; EP2879145A1; US9570207B2; EP2879145B1; KR101609028B1; ES2706225T3; US20150155066A1; CN104681312B; BR102014029992B1; KR20150063272A; JP2015105439A; JP6126066B2

Abstract

materiais de contato elétrico e método de preparo dos mesmos. a presente invenção se refere a materiais de contato elétrico e a um método para preparo dos mesmos. o material de contato elétrico inclui (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por prata (ag), cobre (cu) e ouro (au), e uma liga de níquel (ni); e (ii) nanotubos de carbono (cnts) revestidos com nanopartículas de ag, cnts com deposição de ag, ou nanofios de ag, ou (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por ag, cu, ni e au; (ii) um óxido metálico na forma de óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados; e (iii) cnts revestidos com nanopartículas de ag, cnts com deposição de ag, ou nanofios de ag. desse modo, é possível reduzir o teor da ag de preço elevado e obter propriedades elétricas e mecânicas excelentes

Description

“MATERIAIS DE CONTATO ELÉTRICO E MÉTODO DE PREPARO DOS MESMOS” Fundamentos da Invenção 1, Campo da Invenção [001 ]A presente descrição se refere a materiais de contato elétrico dotados de excelentes propriedades elétricas e mecânicas, e a um método de preparo dos mesmos. 2. Descrição da Técnica Convencional [002] Materiais de contato elétrico são elementos de contato para condução elétrica utilizados em uma parte contatada quando um circuito elétrico é aberto/fechado em um dispositivo elétrico como um disjuntor ou comutador. Os materiais de contato elétrico são aplicados a motor switches, aparelhos de distribuição, MCBs, motores compactos e lâmpadas, automóveis, utensílios domésticos elétricos, e outros do gênero. [003] Os materiais de contato elétrico necessitam de propriedades físicas de ponto de fusão elevado, condutividade elétrica e condutividade térmica excelentes, baixa resistência de contato, resistência à soldagem excelente, elevada dureza relacionada à resistência à abrasão, pequena deformação da superfície de contato, e outras características semelhantes. [004] Os materiais de contato elétrico podem ser divididos em materiais de contato para baixa corrente (1A ou menos), materiais de contato para corrente intermediária (1 a 600A), e materiais de contato para corrente elevada (600A ou more). De modo geral, materiais com condutividade elétrica excelente são utilizados como os materiais de contato para baixa corrente. Materiais com excelente condutividade elétrica, alta resistência à abrasão, ponto de fusão elevado, etc. são utilizados como os materiais de contato para corrente intermediária. Materiais com ponto de fusão elevado são utilizados como os materiais de contato para corrente elevada. [005] Os materiais de contato elétrico também podem ser divididos em materiais de contato à base de tungstênio, materiais de contato à base de óxido de prata, e materiais de contato à base de metais preciosos. Materiais de contato geralmente utilizados dentre os materiais de contato citados são materiais de contato à base de óxido de prata-cádmio (Ag-CdO). [006] A prata (Ag) possui condutividade elétrica e condutividade térmica de altíssima qualidade, baixa resistência de contato, e alta resistência à corrosão. Portanto, a Ag é utilizada com frequência como material de base dos contatos elétricos. No entanto, a Ag apresenta fraca resistência à abrasão e resistência ao impacto, além de seu alto custo. Em consequência disso, quando a Ag é utilizada como material de contato elétrico, o material de contato elétrico ocupa cerca de 30 a 60% do custo de fabricação do comutador. [007] Para solucionar este problema, utiliza-se uma liga de Ag e óxido de cádmio (CdO) ou uma liga de Ag e níquel (Ni). Em particular, é largamente difundido o uso da liga de Ag-CdO. A liga de Ag-CdO possui excelentes resistência à soldagem e ao atrito, aliando-se a uma taxa de incremento de temperatura relativamente pequena na abertura/fechamento do contato elétrico, e baixa resistência de contato. Desse modo, a liga de Ag-CdO possui propriedades térmicas e elétricas estáveis. Em particular, a liga de Ag-CdO é amplamente utilizada como material de contato elétrico. No entanto, nos materiais de contato à base de Ag-CdO, à medida que a oxidação avança da superfície do material para sua parte interna, as partículas de óxido tornam-se mais grossas formando uma camada esparsa de oxidação. Portanto, a dureza do material de contato é reduzida, e a resistência à abrasão do material de contato é diminuída, o que passa a ser um problema. O CdO é um material de elevada toxicidade e suscita problemas de poluição ambiental. A Ag incrementa o custo total do material de contato elétrico, à medida que o preço da Ag aumenta. Portanto, é possível desenvolver um material de contato elétrico capaz de substituir o material de contato Ag-CdO. [008] Recentemente, sugeriu-se um material de contato elétrico preparado pela adição de um composto à base de carbono a um metal para aumentar a resistência à abrasão, a propriedade elétrica e outras características semelhantes do material de contato elétrico. Por exemplo, as Patentes da China Nos. 102324335, 001624175 e 001256450 revelaram materiais de contato elétrico que incluem pó de Ag e nanotubos de carbono (CNTs). Os materiais de contato elétrico descritos nesses documentos incluem CNTs, melhorando as características elétricas dos pontos de contato. No entanto, os materiais de contato elétrico ainda possuem teores elevados de prata (Ag). Resulta que o custo de preparação é alto, os processos de preparação são complexos e outros inconvenientes semelhantes.

Sumário da Invenção [009] Portanto, um aspecto da descrição detalhada é fornecer materiais de contato elétrico que possam ser facilmente preparados com baixo custo e, ao mesmo tempo, dotados de propriedades elétricas e mecânicas, e um método para preparação dos materiais de contato elétrico livre de problemas de contaminação ambiental. [010] Para obter estas e outras vantagens compatíveis com o propósito deste relatório específico, conforme incorporado e fartamente descrito neste documento, um material de contato elétrico inclui (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por prata (Ag), cobre (Cu) e ouro (Au), e uma liga de níquel (Ni); e (ii) nanotubos de carbono (CNTs) revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag. [011] Para obter estas e outras vantagens compatíveis com o propósito deste relatório específico, conforme incorporado e fartamente descrito neste documento, um material de contato elétrico inclui (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu, Ni e Au; (ii) um óxido metálico na forma de óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados; e (iii) CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag. [012] Em uma modalidade exemplificativa, a Ag e o Ni podem ser utilizados como metais. O óxido de cádmio pode ser utilizado como óxido metálico [013] Em uma modalidade exemplificativa, com base no peso total da liga, o teor do metal pode ser de 55 a 65% em peso, e o teor de Ni pode ser de 35 a 45% em peso. Com base no peso total da liga, o teor da nanocarga (CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag ou os nanofios de Ag) pode ser de 0,1 a 5% em peso. [014] Em uma modalidade exemplificativa, com base no peso total do metal e do óxido metálico, o teor do metal pode ser de 75 a 85% em peso, e o teor do óxido metálico pode ser de 15 a 25% em peso. Com base no peso total do metal e do óxido metálico, o teor da nanocarga é de 0,1 a 5% em peso. [015] Em uma modalidade exemplificativa, a superfície do nanotubo de carbono é revestida com 3 a 5nm do tamanho de partícula das nanopartículas de Ag, 20 a 300nm da espessura dos CNTs com deposição de Ag. Os nanofios de Ag podem ter um diâmetro de 10 a 300nm e comprimento de 10 a 70 μm. [016] Em uma modalidade exemplificativa, o tamanho de partícula do metal pode ser de 1 a 10 μηι. [017] Para obter estas e outras vantagens compatíveis com o propósito deste relatório específico, conforme incorporado e fartamente descrito neste documento, um método para preparação de um material de contato elétrico, sendo que o método inclui: (a) preparar uma mistura de pó através da mistura de (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu e Au, e CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag; (b) dispersar a mistura em pó, com o uso de ultrassonicação, e secar a vácuo a mistura de pó disperso; e (c) sinterizar a mistura em pó seca a vácuo. [018] Para obter estas e outras vantagens compatíveis com o propósito deste relatório específico, conforme incorporado e fartamente descrito neste documento, um método para preparação de um material de contato elétrico, sendo que o método inclui: (a) preparar uma mistura de pó através da mistura de (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu, Ni e Au, (ii) um oxido metálico na forma de oxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados, e (iii) CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag; (b) dispersar a mistura em pó, com o uso de ultrassonicação, e secar a vácuo a mistura de pó disperso; e (c) sinterizar a mistura em pó seca a vácuo. [019] Em uma modalidade exemplificativa, a sinterização pode ser a sinterização por plasma pulsado. [020] De acordo com o material de contato elétrico da presente descrição, os teores de metais preciosos de preço elevado são diminuídos, portanto, é possível reduzir o custo de preparação e aumentar a competitividade de preço. Os nAgCNTs revestidos com as nanopartículas de Ag, os CNTs com deposição de Ag ou os nanofios de Ag são adicionados ao material de contato elétrico da presente descrição. Os nAgCNTs, os CNTs com deposição de Ag ou os nanofios de Ag atuam como pontes elétricas, sendo possível obter excelentes propriedades elétricas e melhorar as propriedades mecânicas e a resistência à abrasão. [021 ]De acordo com o método de preparação do material de contato elétrico da presente descrição, uma amostra de alta densidade pode ser convenientemente preparada por um curto período de tempo, e os espaços entre as partículas na amostra são minimizados, com isso, prepara-se um material de contato elétrico com excelentes propriedades de dureza e condutividade elétrica da amostra. [022] O escopo ampliado da aplicabilidade do presente pedido será evidenciado com maior visibilidade a partir da descrição pormenorizada fornecida abaixo. No entanto, cabe notar que a descrição detalhada e os exemplos específicos, embora indicando modalidades preferenciais da invenção, são oferecidos apenas a título de ilustração, uma vez que diversas alterações e modificações inseridas na essência e no escopo da invenção serão percebidas pelos indivíduos versados na técnica a partir do detalhamento da descrição.

Breve Descrição do Desenho [023] Os desenhos em anexo, os quais foram incluídos à guisa de melhor entendimento da invenção, incorporam e integram este relatório descritivo, ilustrando modalidades exemplificativas que explicam seus princípios quando associadas à descrição Nos desenhos: [024] A Figura 1A é uma fotografia de microscópio de transmissão eletrônica (TEM) de nAgCNTs preparados a partir do revestimento das superfícies de nanotubos de carbono (CNTs) com nanopartículas de prata (Ag), a Figura 1B é uma fotografia de microscópio eletrônica de varredura (SEM) dos CNTs com deposição de Ag preparados pela deposição de Ag nas superfícies dos CNTs, e a Figura 1C é uma fotografia SEM dos nanofios de Ag; [025] A Figura 2 é um fluxograma que ilustra um método de preparação de um material de contato elétrico de acordo com uma modalidade exemplificativa; [026] A Figura 3A é uma vista mostrando esquematicamente um material de contato elétrico que inclui nAgCNTs de acordo com uma modalidade exemplificativa, a Figura 3B é uma vista mostrando esquematicamente um material de contato elétrico que inclui CNTs com deposição de Ag, de acordo com uma modalidade exemplificativa, a Figura 3C é uma vista mostrando esquematicamente um material de contato elétrico que inclui nanofios de Ag de acordo com uma modalidade exemplificativa, e a Figura 3D é uma vista mostrando esquematicamente um material de contato elétrico que inclui nanofios de Ag-CdO-Ag de acordo com uma modalidade exemplificativa; e [027] A Figura 4A é uma vista mostrando esquematicamente um material de contato elétrico à base de Ag-Ni convencional, e a Figura 4B é uma vista mostrando esquematicamente um material de contato elétrico à base de Ag-CdO convencional.

Descrição Detalhada das Modalidades Exemplificativas [028] As modalidades exemplificativas serão descritas adiante de maneira pormenorizada, fazendo referência aos desenhos em anexo. Para fins de concisão descritiva dos desenhos, números de referência iguais serão atribuídos a componentes semelhantes ou equivalentes, omitindo-se a repetição da descrição relevante. [029] A presente descrição fornece um material de contato elétrico que inclui: (i) uma liga de níquel (Ni) e um ou mais metais selecionados a partir do grupo formado por prata (Ag), cobre (Cu) e ouro (Au); e (ii) nanotubos de carbono (CNTs) revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag ou nanofios de Ag, ou um material de contato elétrico que inclui: (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu, Ni e Au; (ii) um óxido metálico na forma de óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados; e (iii) CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag ou nanofios de Ag.

Metal [030]O material de contato elétrico de acordo com a presente descrição inclui um metal. O metal exibe condutividade e pode ser selecionado a partir do grupo formado por Ag, Cu, Ni e Au. Dois ou mais tipos de metais podem ser selecionados. [031 ]Em um exemplo da presente descrição, a Ag e o Ni são utilizados como metais. A Ag possui excelentes características no que concerne à condutividade térmica e elétrica, além da baixíssima resistência de contato. Portanto, é frequente o uso da Ag como base material de contatos elétricos. A Ag possui excelente resistência à corrosão, porém baixa resistência ao impacto e preço elevado. A condutividade elétrica e a condutividade térmica do Ni são inferiores ao da Ag, contudo, a resistência mecânica do Ni supera a da Ag. Desse modo, um material compósito contendo Ag e óxido metálico ou Ag e Ni é utilizado com frequência como um material de contato.

[032]Em outro exemplo da presente descrição, o Cu pode ser utilizado como metal. O Cu possui condutividade elétrica e condutividade térmica excelentes, por essa razão é utilizado com frequência para baixa tensão e baixa corrente. A resistência de contato do Cu é similar à da Ag quando a superfície do Cu está limpa. No entanto, se o Cu permanecer no ar, forma-se um filme de óxido na superfície do Cu e, por isso, o Cu pode ter alta resistência de contato. [033] O Au também pode ser utilizado como metal. A condutividade elétrica e a condutividade térmica do Au são excelentes. No entanto, assim como a Ag, seu custo é elevado. [034] O tamanho de partícula do metal preferencialmente é de 1 a 10/®. [035] No caso de uma liga à base de Ag-Ni, uma liga à base de Cu-Ni ou uma liga à base de Au-Ni, o teor de Ag, Cu ou Au não apresenta limitações específicas, mas preferencialmente é de 55 a 65% em peso. Quando o teor do metal está abaixo de 55% em peso, a condutividade elétrica da liga é baixa, portanto, não pode ser utilizado como material de contato elétrico. Por outro lado, quando o teor do metal excede 65% em peso, a resistência à abrasão e a resistência ao atrito da liga são prejudicadas, e o custo de preparação da liga aumenta sensivelmente. Por essa razão, o teor de Ni, de preferência, é a ordem de 35 a 45% em peso. [036] No caso de uma liga à base de Ag-CdO, uma liga à base de Cu-CdO, uma liga à base de Ni-CdO ou uma liga à base de Au-CdO, o teor de Ag, Cu, Ni ou Au não apresenta limitações específicas, estando, de preferência entre 75 e 85% em peso. Quando o teor do metal é inferior a 75% em peso, a condutividade elétrica da liga é baixa, portanto, não pode ser utilizada como material de contato elétrico. Por outro lado, quando o teor do metal excede 85% em peso, a resistência ao atrito da liga é deteriorada, e o custo de preparação da liga aumenta sensivelmente. (2) Óxido metálico [037] O material de contato elétrico de acordo com a presente descrição inclui um óxido metálico. O óxido metálico aumenta a resistência à abrasão. Um material satisfatoriamente sinterizado e que possua excelentes propriedades mecânicas, de preferência, é utilizado como óxido metálico. Óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou a mistura dos óxidos citados podem ser utilizados como óxido metálico. Em um exemplo da presente descrição, o óxido de cádmio pode ser utilizado como óxido metálico. O teor do óxido metálico apresenta limitações específicas, mas, de preferência, está na faixa de 15 a 25% em peso dependendo do peso total do óxido metal-metal. Quando o teor do óxido metálico está abaixo de 15% em peso, a resistência à soldagem e a resistência ao atrito do material de contato elétrico podem ser reduzidas. Quando o teor do óxido metálico excede 25% em peso, a trabalhabilidade do material de contato elétrico é prejudicada, e a resistência de contato entre partículas de óxido é aumentada. Portanto, o material de contato elétrico não pode ser utilizado como contato elétrico, e a vida útil do contato pode ser diminuída. (3) Nanotubos de carbono [038] O material de contato elétrico da presente descrição pode incluir nanotubos de carbono (CNTs). O CNT é um material novo no qual os átomos de carbono são ligados entre si por meio de uma ligação sp2 para formar uma estrutura alveolada hexagonal de forma tubular. O diâmetro do CNT pode ser modificado dependendo do número de camadas que constituem a parede de carbono do CNT, mas aproximadamente, está na faixa alguns a algumas dezenas de nanômetros (nm). O CNT possui propriedades elétricas, mecânicas e térmicas excelentes, por essa razão pode ser utilizado como material de reforço de um material compósito. O CNT age como ponte elétrica, melhorando as propriedades elétricas e mecânicas do material de contato elétrico. [039] O teor de CNT, em termos específicos, não é limitado. Entretanto, quando o CNT é utilizado junto com um ou mais tipos de metais selecionados entre Ag, Cu e Au, e uma liga de Ni, o teor de CNT, de preferência, está entre 0,1 e 5% em peso, em função do peso total dos metais e da liga. Quando o CNT é utilizado junto com um ou mais tipos de metais selecionados entre Ag, Cu, Ni e Au, e um óxido metálico na forma de óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados, o teor de CNT, de preferência, é de 0,1 a 5% em peso, com base no peso total do metal e óxido metálico. Quando o teor de CNT está abaixo de 0,1% em peso, a resistência mecânica do material de contato elétrico pode ser aumentada. No entanto, a rede elétrica não pode ser formada, por esse motivo, a condutividade elétrica do material de contato elétrico não pode ser aumentada. Por outro lado, quando o teor de CNT excede 5% em peso, a condutividade elétrica do material de contato elétrico pode ser reduzida devido a um problema de dispersão. [040]A despeito das vantagens descritas acima, o CNT exibe inconvenientes com acoplamento ao metal, dificuldade de dispersão, etc. [041 ]No intuito de solucionar os problemas em questão, CNTs revestidos com nanopartículas de Ag (nAgCNTs) ou CNTs com deposição de Ag podem ser utilizados em lugar de CNTs. A razão que justifica o revestimento dos CNTs com nanopartículas de Ag ou a deposição de Ag nos CNTs é, efetivamente, formar a rede elétrica. O CNT e o metal são materiais de natureza distinta e de modo geral a união entre o CNT e o metal é complexa. No entanto, as nanopartículas de Ag, que revestem ou que são depositadas nos CNTs, permitem a união entre os CNTs e as partículas de Ag de tamanho micrométrico, assim formando a rede elétrica. No compósito, é importante a dispersão uniforme dos CNTs em uma matriz metálica. [042]Em um exemplo da presente descrição, a superfícies dos CNTs podem admitir o revestimento com nanopartículas de Ag (nAgCNTs) ou a deposição com Ag (CNTs com deposição de Ag). [043] O tamanho de partícula do nanopartículas de Ag não apresenta limitações específicas, mas, de preferência, é de 3 a 5nm. A espessura da deposição de Ag, preferencialmente, é de 20 a 300nm. [044] A Figura 1A ilustra uma fotografia de microscópio de transmissão eletrônica (TEM) de nAgCNTs. Na Figura 1A, os pontos pretos mostrados nas superfícies de nanotubos com múltiplas paredes (MWNTs) em forma de tubo com diâmetro de 10 a 15nm são nanopartículas de Ag revestidas. A Figura 1B ilustra MWNTs com deposição de Ag, havendo deposição de Ag de 20 a 80nm nos MWNTs com diâmetro de 10 a 15nm. [045] À medida que a razão de aspecto do CNT aumenta, a função do CNT como ponte elétrica aumenta, e o CNT possui excelentes propriedades mecânicas e lubrificantes. Portanto, as propriedades mecânicas e a resistência à abrasão do material de contato elétrico podem ser efetivamente aprimoradas. A razão de aspecto do CNT é de 1000 a 10000. (4) nanofios de Ag [046] O material de contato elétrico da presente descrição pode incluir nanofios de Ag. Por ser expressiva a razão de aspecto dos nanofios de Ag, a percolação mínima dos nanofios de Ag ocorre em baixa concentração. Portanto, a rede elétrica é formada mesmo com baixos teores de Ag, o que reduz o custo de preparação de uma liga à base de Ag-CdO ou de uma liga à base de Ag-Ni, o que é um material de contato elétrico convencional. Os nanofios de Ag, preferencialmente, exibem diâmetro de 10 a 300nm e comprimento de 10 a 70 //m. A Figura 1C ilustra uma fotografia de microscópio eletrônica de varredura (SEM) dos nanofios de Ag. (5) Preparação do material de contato elétrico [047] Um método para preparação de um material de contato elétrico de acordo com a presente descrição inclui: (a) preparar uma mistura de pó através da mistura de (i) um ou mais tipos de metal selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu e Au, e uma liga de Ni, e (ii) CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag ou nanofios de Ag, ou preparar uma mistura de pó através da mistura de (i) um ou mais tipos de metal selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu, Ni e Au, (ii) um óxido metálico na forma de óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados, e (iii) CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag ou nanofios de Ag; (b) dispersar a mistura em pó, com o uso de ultrassonicação, e secar a vácuo a mistura de pó disperso; e (c) sinterizar a mistura em pó seca a vácuo. A Figura 2 ilustra o método de preparação do material de contato elétrico. [048] A seguir, descreve-se em detalhes o método de preparação do material de contato elétrico. (5-1) Preparação de nAgCNTs [049] Compósitos (nAgCNTs) de nanopartículas de Ag e CNTs são preparados. Primeiramente, as nanopartículas de Ag são formadas a partir da fusão de AgN03 em etanol e em seguida pela adição de uma pequena quantidade de benzil-mercaptano ao etanol. As nanopartículas de Ag unidas ao grupo benzila fornecido pelo benzil-mercaptano são unidas aos CNTs em poucas horas durante a sonicação em banho. Portanto, nAgCNTs são formados. (5-2) Preparação de CNTs com deposição de Ag [050] Os CNTs com deposição de Ag são preparados. Em primeiro lugar, os CNTs imersos em solução de HNQ3 são submetidos à dispersão ultrassônica e ao tratamento ácido por um minuto. Em seguida são dispersos através de sonicação em banho. Os CNTs dispersos e tratados com ácido são lavados com água deionizada com o uso de filtração a vácuo. Os CNTs tratados com ácido são sequencialmente imersos em uma solução misturada de SnCI2+HCI e em uma solução misturada de PdCI2+HCI, e a ultrassonicação é aplicada a cada solução misturada de SnCI2+HCI e a cada solução misturada de PdCI2+HCI por 30 minutos, e assim, sequencialmente, acopla-se o Sn2+ e o Pd2+ às superfícies dos CNTs. Em seguida, os CNTs são misturados a uma solução de AgN03 e a uma solução de HCHO. Simultaneamente, uma solução de amônia é adicionada e o pH é ajustado a pH 8,5, obtendo-se então os CNTs com deposição de Ag. (5-3) Mistura de nanocargas (nAgCNTs, CNTs com deposição de Ag ou nanofios de Ag), metal e óxido metálico [051 ]A mistura de pó é preparada misturando-se uniformemente nAgCNTs ou nanofios de Ag com metal e óxido metálico. Por exemplo, o pó da mistura e as esferas de metal podem ser misturadas na proporção de 1:4 em um pote de metal por 1 a 10 horas, utilizando moagem com esferas de alta velocidade. Assim, o pó misturado e as esferas de metal são misturados uniformemente. Nesse estado, as partículas de metal são ainda mais miniaturizadas em relação às do estágio anterior, abastecendo-se o pote de metal com um gás inerte a fim de evitar a oxidação. Na mistura uniforme através do uso da ultrassonicação, o pó da mistura é disperso em um solvente como o etanol, e a ultrassonicação é aplicada ao pó da mistura por 10 minutos; Deste modo, o pó da mistura é misturado uniformemente ao solvente. O pó misturado é separado do solvente pelo processo de filtração a vácuo. O pó da mistura separado é seco por 24 horas em atmosfera a vácuo de 1x10 3, sendo pulverizado em seguida. (5-4) Sinterização - preparação da amostra do compósito de alta densidade [052] A mistura de pó é sinterizada enquanto é mantida a uma temperatura de 750 a 830 por um minuto. [053] De preferência, a sinterização por plasma pulsado (SPS) pode ser utilizada como sinterização. A SPS é uma técnica de sinterização onde a corrente pulsada é aplicada diretamente às partículas de matéria prima que são comprimidas em um molde de grafite, utilizando, como principal fonte de calor, o plasma pulsado gerados nos espaços entre as partículas. Nesta técnica, a alta energia do plasma pulsado pode ser aplicada efetivamente à difusão do calor, ação dos campos elétricos, e situações semelhantes. Através da SPS, o aumento repentino na temperatura é possível quando em baixa temperatura por curto período de tempo. Portanto, a SPS pode controlar o crescimento de partículas e obter um compósito denso por um curto período de tempo, além de sinterizar facilmente um material a ser sinterizado com dificuldade. Assim, é possível sinterizar uniformemente e com mais rapidez a matéria prima em pó. [054] Na SPS, o molde de grafite que contém a mistura de pó é sinterizado enquanto comprimido na direção axial no equipamento de sinterização por plasma pulsado, preparando assim uma amostra de compósito de alta densidade. Para essa finalidade, é importante assegurar uma fase única executando uma sinterização suficiente da reação e garantindo a densidade elevada com o tratamento de desgaseificação e homogeneização até a temperatura elevada. De preferência, a liga à base de Ag-Ni é sinterizada de 750 a 790 por minuto, utilizando SPS, e a liga à base de Ag-CdO é mantida preferencialmente a 830 por minuto, utilizando SPS. Ambas as ligas são sinterizadas à pressão de 80Mpa. A amostra do compósito pode ser preparada por laminação a quente ou prensagem a quente, invés de sinterização. (6) Compósito [055] Em um exemplo da presente descrição, como mostram as Figuras 3A a 3C, o material de contato elétrico preparado pode incluir partículas de Ag e Ni de tamanho micrométrico, nAgCNTs revestidos com partículas de CdO e Ag (Figura 3A), CNTs com deposição de Ag (Figura 3B), e nanofios de Ag (Figura 3C). [056] Nanotubos de Carbono de Múltiplas Paredes (MWNTs) são utilizados como CNTs nas Figuras 3A e 3B, e nanofios de Ag são utilizados como CNTs nas Figuras 3C e 3D. [057] Como mostra a Figura 3A, nAgCNTs são estruturas de CNT nos quais nanopartículas de Ag são montadas autonomamente quando as superfícies dos CNTs são revestidas com nanopartículas de Ag. As nanopartículas de Ag podem coalescer facilmente com partículas de Ag adjacentes (partículas metálicas condutoras) de tamanho micrométrico em temperatura sensivelmente baixa em relação às nanopartículas de Ag a granel. Portanto, é possível reduzir perceptivelmente a resistência de contato, mantendo as propriedades elétricas do material de contato elétrico. [058] Na Figura 3B, CNTs com deposição de Ag são estruturas de CNT nos quais a Ag é depositada nas superfícies dos CNTs. Os CNTs com deposição de Ag são sinterizados com partículas de Ag de tamanho micrométrico, sendo possível reduzir a resistência de contato e melhorar as propriedades elétricas do material de contato elétrico. Os nanofios de Ag mostrados nas Figuras 3C e 3D são sinterizados com Ag de tamanho micrométrico em baixa temperatura, e atingem o nível mínimo de percolação mesmo quando uma pequena quantidade de Ag é adicionada. Desse modo, muito embora o teor de Ag seja reduzido no material de contato elétrico, o desempenho de contato do material de contato elétrico pode ser mantido. [059] As Figuras 4A e 4B ilustram respectivamente materiais de contato elétrico produzidas a partir da liga de Ag-Ni e da liga Ag-CdO de acordo com a técnica convencional. [060] A seguir, a presente descrição será discutida detalhadamente por meio das modalidades exemplificativas. No entanto, as modalidades e os exemplos experimentais que se seguem são meramente ilustrativos, e a presente invenção não se restringe às modalidades e aos exemplos experimentais abaixo. [061] Modalidade 1 Preparação de nAqCNTs [062] O AgN03 foi fundido em etanol por uma hora utilizando um agitador de barra magnética e em seguida agitado durante três dias na situação em que uma quantidade pequena de benzil-mercaptano é adicionada ao etanol, formando nanopartículas de Ag. As nanopartículas de Ag unidas ao grupo benzila fornecidas pelo benzil-mercaptano foram unidas aos CNTs em poucas horas mediante sonicação em banho.

Preparação de Aq-Ni-nAqCNTs [063] Depois que os nAgCNTs (0,1% em peso) formados com pó de Ag (59,9% em peso) de tamanho micrométrico e pó de Ni (40% em peso) foram imersos em etanol, de maneira individual, os nAgCNTs e o pó de Ni foram dispersos uniformemente por meio de ultrassonicação. Depois que as soluções dispersas foram combinadas, a solução combinada foi novamente dispersa por ultrassonicação. O pó da mistura disperso foi separado do solvente, por meio de filtração a vácuo, e em seguida submetido à secagem a vácuo. O pó seco foi pulverizado, finalmente obtendo o pó da mistura. [064] Preencheu-se um molde de grafite com o pó da mistura. Em seguida, o molde foi mantido a 790 por um minuto, por meio de SPS. Aplicou-se uma pressão de 80Mpa ao pó da mistura, e assim foi preparado o compósito de Ag-Ni-nAgCNTs.

Modalidade 2 [065] CNTs com deposição de Ag (1% em peso) foram utilizados invés de partículas de Ag (59% em peso) com tamanho micrométrico. Um corpo sinterizado foi preparado à semelhança da Modalidade 1, à exceção da temperatura de sinterização, que foi de 750 . O diâmetro dos CNTs com deposição de Ag foi de 20 a 80nm.

Modalidade 3 [066] Foram utilizadas nanopartículas de Ag (79% em peso) com tamanho micrométrico, e CdO (20% em peso), óxido metálico utilizado em lugar do Ni. O corpo sinterizado foi preparado pela adição de nanofios de Ag (1% em peso). O corpo sinterizado foi mantido a uma temperatura de sinterização de 830 por um minuto, e a pressão de 80Mpa foi aplicado ao corpo sinterizado. Os nanofios de Ag apresentavam diâmetro de cerca de 70nm e comprimento de cerca de 70 <m\.

Exemplo comparativo 1 [067] Uma amostra do compósito Ag-Ni foi preparada à semelhança da Modalidade 1, exceto pelo uso de pó de Ag (60% em peso) de tamanho micrométrico, e pelo fato de nAgCNTs não terem sido utilizados.

Exemplo comparativo 2 [068] Uma amostra do compósito Ag-CdO foi preparada à semelhança da Modalidade 3, exceto pelo uso de partículas de Ag (60% em peso) de tamanho micrométrico, pelo uso de CdO (40% em peso) como óxido metálico, e pelo fato de que nanofios de Ag não foram utilizados.

Exemplo experimental 1 [069] Foram medidas as durezas e condutividades elétricas dos materiais de contato elétrico preparados nas Modalidades 1 a 4 e nos Exemplo comparativos 1 e 2.

Dureza [070] As durezas dos cinco pontos da amostra foram medidas utilizando o testador de dureza Vickers, obtendo-se então o valor médio das durezas medidas. 2) Condutividade elétrica [071 ]A condutividade elétrica foi medida com o uso da técnica em linha da sonda de 4 pontos. A condutividade elétrica medida foi convertida em IACS(%). Quando o valor convertido excedia 50%, IACS foi representada por “excelência”. Quando o valor convertido estava abaixo de 50%, IACS foi representada por “inferioridade”.

Quadro 1 [072]Como o Quadro 1 permite observar, ao se comparar as Modalidades 1 e 2 com o Exemplo comparativo 1, os nAgCNTs (0,1% em peso) revestidos com as nanopartículas de Ag (Modalidade 1) ou os CNTs com deposição de Ag (1% em peso) é adicionado invés de Ag, de modo que a dureza do material de contato elétrico é sensivelmente aumentada, ao mesmo tempo mantendo uma excelente condutividade elétrica, melhorando as propriedades do material de contato elétrico. [073] Ao se comparar a Modalidade 3 ao Exemplo comparativo 2, os nanofios de Ag (1% em peso) são adicionados em lugar da Ag, aperfeiçoando a condutividade elétrica e a dureza do material de contato elétrico. [074] As modalidades e as vantagens citadas acima são meramente exemplificativas e não devem ser interpretadas de modo a limitar a presente descrição. Os presentes ensinamentos podem ser prontamente aplicados a aparelhos de outros tipos. A presente descrição é de natureza ilustrativa, não restringindo o escopo das reivindicações. Diversas alternativas, modificações, e variações serão percebidas pelos indivíduos versados na técnica. Os recursos, estruturas, métodos, e demais características das modalidades exemplificativas aqui descritas podem ser associadas de diversas maneiras para obter modalidades exemplificativas adicionais e/ou alternativas. [075] Como os presentes recursos podem ser incorporados em diversas formas sem o comprometimento de suas características, é preciso compreender também que as modalidades antes descritas não estão restritas aos detalhes da descrição acima, quaisquer que sejam eles, exceto quando diferentemente especificado. Invés disso, tais modalidades ser interpretadas de maneira compreensiva dentro do escopo definido pelas reivindicações em anexo. Portanto, todas as alterações e modificações inseridas nas distribuições e limites das reivindicações, ou os equivalentes de tais distribuições e limites, devem ser abraçadas pelas reivindicações em anexo.

Claims

1. Material de contato elétrico CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por prata (Ag), cobre (Cu) e ouro (Au), e uma liga de níquel (Ni); e (ii) nanotubos de carbono (CNTs) revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag.

2. Material de contato elétrico CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu, Ni e Au; (ii) um óxido metálico na forma de óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados; e (iii) CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag.

3. Material de contato elétrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho de partícula das nanopartículas de Ag é de 3 a 5nm, a espessura dos CNTs com deposição de Ag é de 20 a 300nm, ou os nanofios de Ag têm diâmetro de 10 a 300nm e comprimento de 10 a 70 fim.

4. Material de contato elétrico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, com base no peso total da liga, o teor do metal é 55 a 65% em peso, e o teor de Ni é 35 a 45% em peso.

5. Material de contato elétrico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, com base no peso total da liga, o teor de CNTs ou dos nanofios de Ag é de 0,1 a 5% em peso.

6. Material de contato elétrico, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que, com base no peso total do metal e do óxido metálico, o teor do metal é de 75 a 85% em peso, e o teor do óxido metálico é de 15 a 25% em peso.

7. Material de contato elétrico, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que, com base no peso total do metal e o óxido metálico, o teor de CNTs ou os nanofios de Ag é 0,1 a 5% em peso.

8. Material de contato elétrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o metal é a Ag.

9. Material de contato elétrico, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o óxido metálico é o óxido de cádmio.

10. Método para preparação de um material de contato elétrico, sendo que o método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (a) preparar uma mistura de pó através da mistura de (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu e Au, e CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag; (b) dispersar a mistura em pó, com o uso de ultrassonicação, e secar a vácuo a mistura de pó disperso; e (c) sinterizar a mistura em pó seca a vácuo.

11. Método para preparação de um material de contato elétrico, sendo que o método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (a) preparar uma mistura de pó através da mistura de (i) um ou mais tipos de metais selecionados a partir do grupo formado por Ag, Cu, Ni e Au, (ii) um óxido metálico na forma de óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de estanho, óxido de zinco ou mistura dos citados, e (iii) CNTs revestidos com nanopartículas de Ag, CNTs com deposição de Ag, ou nanofios de Ag; (b) dispersar a mistura em pó, com o uso de ultrassonicação, e secar a vácuo a mistura de pó disperso; e (c) sinterizar a mistura em pó seca a vácuo.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a sinterização é a sinterização por plasma pulsado.