CN101608288B - 一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法 - Google Patents

一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法，特征在于步骤如下：将碳纤维增强体放入浸渍罐中，在氩气保护下加热制得多孔碳/碳预制体；所述的碳纤维增强体为：PAN聚丙烯腈基连续碳纤维编织体按照上下层纤维互为90°叠层排列形成碳纤维增强体；再将多孔碳/碳预制体放入真空熔渗炉的石墨坩埚内，然后将合金熔渗剂均匀放在多孔碳/碳预制体面上，抽真空使合金熔渗剂熔化除气；充入保护氩气至真空熔渗炉的石墨坩埚内，随炉冷却至室温，即得到能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料。本发明所制备的C-Cu复合电接触材料的耐电弧腐蚀能力显著优于广泛应用的浸铜石墨电接触材料。

Description

一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法，属于具有特定性能的材料的制备。
背景技术
阴极斑点在阴极电接触材料表面容易集中分布，发生重复燃烧，使得电极材料表面损失严重，影响真空电器设备的正常运行。碳纤维-铜基复合材料兼具了铜的良好的导电、导热性和碳纤维的高比强度、低热膨胀系数等优点，而具备良好的耐电弧烧蚀性和抗熔焊性。专利CN200710035954.6介绍了一种炭/炭/铜复合材料的制备方法。该专利使用真空压力渗铜技术，在短碳纤维增强体中制备出了炭/炭/铜复合材料。然而该方法制备的碳纤维-铜基复合材料中的短碳纤维杂乱排列，不利于控制阴极斑点的运动；同时采用的真空压力渗铜技术，工艺复杂，对设备要求高，成本高。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法，能够生产成本低，工艺易控制，能够调控阴极斑点运动，耐电弧腐蚀性能优越，使用寿命长的真空电接触材料。
技术方案
本发明方法的特征在于步骤如下：
步骤1：将碳纤维增强体放入浸渍罐中，在0.01MPa下用配置溶液浸没碳纤维增强体，在氩气保护下加热到350～800℃热解1小时；上述过程进行2～4次，制得多孔碳/碳预制体；所述的碳纤维增强体为：PAN聚丙烯腈基连续碳纤维编织体按照上下层纤维互为90°叠层排列形成碳纤维增强体；所述的配置溶液为热固性酚醛树脂、乙醇和丙酮按照1∶1∶1的质量百分比形成配置溶液；
步骤2：先将多孔碳/碳预制体放入真空熔渗炉的石墨坩埚内，然后将合金熔渗剂均匀放在多孔碳/碳预制体面上，抽真空至10-3Pa，升温至1000℃使合金熔渗剂熔化除气，随后保持熔体温度为1100℃～1200℃；所述的合金熔渗剂为质量百分比1～5％Cr、5～10％Ti和余量为Cu的三种合金混合均匀而成；
步骤3：充入保护氩气至真空熔渗炉的石墨坩埚内，随炉冷却至室温，即得到能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料。
有益效果
本发明的一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法，制备的C-Cu真空电接触材料具有致密的结构，密度可达到7.34g/cm3。在真空放电时，阴极斑点沿着平行于材料表面单向排列的碳纤维运动。单向排列的碳纤维对阴极斑点的运动起到了调控作用。并且本发明所制备的C-Cu复合电接触材料的耐电弧腐蚀能力显著优于广泛应用的浸铜石墨电接触材料。
附图说明
图1是本发明方法实施例1所制备的能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的扫描电镜照片。
图2是本发明方法实施例2所制备的能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的真空放电后阴极表面被腐蚀区域的扫描电镜照片。
图3是浸铜石墨材料的真空放电后的阴极表面被腐蚀区域的扫描电镜照片。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：将按照[0°/90°]叠层排列的PAN聚丙烯腈基连续碳纤维编织体作为增强体，采用热固性酚醛树脂作为先驱体，将其与乙醇、丙酮按照1∶1∶1的质量百分比形成配置溶液。将碳纤维增强体放入浸渍罐中，在0.01MPa下用配置溶液浸没碳纤维增强体，在氩气保护下加热到350～800℃热解。通过2次浸渍裂解制得多孔的碳/碳预制体，孔隙率达到45％。将制备好的碳/碳多孔预制体放入真空熔渗炉中的石墨坩埚内，再将配制好的质量百分比为5％Cr、5％Ti和90％Cu的合金熔渗剂放在碳/碳多孔预制体上面，抽真空保持真空度≤10Pa，升温至1000℃保温10min，使合金熔渗剂熔化并除气。随后升温，保持熔体温度1100℃～1200℃，使合金熔渗剂充分渗入预制体内。充入氩气保护，随炉冷却至室温，得到碳纤维平行于试样表面的C-Cu真空电接触材料。
从图1扫描电镜照片可以发现，本实例所制备的C-Cu真空电接触材料结构致密，碳纤维平行于试样表面排列。
实施例2：将按照[0°/90°]叠层排列的PAN聚丙烯腈基连续碳纤维编织体作为增强体，采用热固性酚醛树脂作为先驱体，将其与乙醇、丙酮按照1∶1∶1的质量百分比形成配置溶液。将碳纤维增强体放入浸渍罐中，在0.01MPa下用配置溶液浸没碳纤维增强体，在氩气保护下加热到350～800℃热解。通过3次浸渍裂解制得多孔的碳/碳预制体，孔隙率达到38％。将制备好的碳/碳多孔预制体放入真空熔渗炉中的石墨坩埚内，再将配制好的质量百分比为3％Cr、8％Ti和89％Cu的合金熔渗剂放在碳/碳多孔预制体上面，抽真空保持真空度≤10Pa，升温至1000℃保温10min，使合金熔渗剂熔化并除气。随后升温，保持熔体温度1100℃～1200℃，使合金熔渗剂充分渗入预制体内。充入氩气保护，随炉冷却至室温，得到碳纤维平行于试样表面的C-Cu真空电接触材料。
从图2扫描电镜照片可以发现，本实例所制备的C-Cu真空电接触材料在真空放电时，阴极斑点的运动方向与碳纤维径向平行。与图3中的浸铜石墨材料在真空放电后的阴极斑点运动轨迹作对比可发现，本实例所制备的材料的阴极斑点运动具有方向性，说明本实例所制备的碳纤维平行于试样表面排列的C-Cu真空电接触材料可调控阴极斑点运动轨迹。
从图2扫描电镜照片可以发现，在真空电弧腐蚀下，碳纤维基本完整，基体受到了一定程度的损耗，试样表面的电弧腐蚀程度较轻，说明所制备的C-Cu真空电接触材料具有较强的耐电弧腐蚀能力。
实施例3：将按照[0°/90°]叠层排列的PAN聚丙烯腈基连续碳纤维编织体作为增强体，采用热固性酚醛树脂作为先驱体，将其与乙醇、丙酮按照1∶1∶1的质量百分比形成配置溶液。将碳纤维编织体放入浸渍罐中，在0.01MPa下用配置溶液浸没碳纤维编织体，在氩气保护下加热到350～800℃热解。通过4次浸渍裂解制得多孔的碳/碳预制体，孔隙率达到32％。将制备好的碳/碳多孔预制体放入真空熔渗炉中的石墨坩埚内，再将配制好的质量百分比为1％Cr、10％Ti和89％Cu的合金熔渗剂放在碳/碳多孔预制体上面，抽真空保持真空度≤10Pa，升温至1000℃保温10min，使合金熔渗剂熔化并去气。随后升温，保持熔体温度1100℃～1200℃，使合金熔渗剂充分渗入预制体内。充入氩气保护，随炉冷却至室温，得到碳纤维平行于试样表面的C-Cu真空电接触材料。

Claims (1)

1.一种能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将碳纤维增强体放入浸渍罐中，在0.01MPa下用配置溶液浸没碳纤维增强体，在氩气保护下加热到350～800℃热解1小时；上述过程进行2～4次，制得多孔碳/碳预制体；所述的碳纤维增强体为：聚丙烯腈基连续碳纤维编织体按照上下层纤维互为90°叠层排列形成碳纤维增强体；所述的配置溶液为热固性酚醛树脂、乙醇和丙酮按照1∶1∶1的比例形成配置溶液；
步骤2：先将多孔碳/碳预制体放入真空熔渗炉的石墨坩埚内，然后将合金熔渗剂均匀放在多孔碳/碳预制体上面，抽真空至10-3Pa，升温至1000℃使合金熔渗剂熔化除气，随后保持熔体温度为1100℃～1200℃；所述的合金熔渗剂为Cr、Ti和Cu混合均匀而成，合金熔渗剂的质量百分比为1～5％Cr、5～10％Ti，余量为Cu；
步骤3：充入保护氩气至真空熔渗炉的石墨坩埚内，随炉冷却至室温，即得到能够调控阴极斑点运动的真空电接触材料。
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