CN102426867A - 晶须增强铜基电接触材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
晶须增强铜基电接触材料，由电解铜粉、铜合金粉和碳化硅晶须或四针状氧化锌晶须组成，铜合金粉中含有铝、锆、碲、银、钛、硼、稀土元素中的一种或任何组合；其制备方法如下：晶须与电解铜粉、铜合金粉按比例混合，在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨，得到均匀的混合粉末；将所获得的混合粉末冷等静压成圆柱体坯料；将圆柱体坯料在氩气保护气氛下烧结；烧结后的坯料复压；复压后的坯料在氩气保护气氛复烧；复烧后的坯料热挤压成板材；板材在氩气保护气氛下进行时效处理；将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。本发明的电接触材料，并具备良好的导电性、导热性，抗熔焊、耐电弧烧蚀、耐腐蚀，尤其高温抗氧化性好。
Description
技术领域
本发明涉及电工触头材料技术领域，涉及一种铜基电触头材料及制备方法。
背景技术
目前公开的触头专利和正在应用的触头材料中，一类是以银为主成分的银基电触头材料，另一类是以铜为主成分的铜基电触头材料。以银为主成分的银基电触头材料电性能很好，成本很高。以铜为主成分的铜基电触头材料成本低，电性能尚不如银基触头。在触头使用量越来越多的当今世界，用于触头的白银逐年增加，这就迫切需要一种能够完全取代银基触头的电接触材料。晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小（微米数量级），不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位错、空穴等），其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体的理论值。其机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。四针状氧化锌晶须是迄今所有晶须中唯一具有空间立体结构的晶须，因其独特的立体四针状三维结构，很容易实现在基体材料中的均匀分布，从而各向同性地改善材料的物理性能， 同时赋予材料多种独特的功能特性，如超高强度、各向同性、优异的耐热性、可调的电学性能、纳米半导体活性。特别是氧化锌的熔点高于1800℃，四针状氧化锌晶须可耐1720℃的高温（高于此温度可能升华）的特点，作为电接触材料中抗熔焊成份不会在触头表面留下残余影响导电的成份，具有得天独厚的优势。碳化硅晶须同样具有优良的机械性能、耐热性、耐用腐蚀性以及抗高温氧化性能，该新产品与基质材料具有良好的相容性。特别是在触头工作产生电弧时，碳化硅晶须能够吸收氧气，阻止或减少铜基体的氧化，同时在高温电弧作用下，其燃烧所产生的一氧化碳可使触头表面的氧化铜还原为金属铜。采用粉末冶金方法在铜基体中加入碳化硅晶须或氧化锌晶须，在起到弥散强化作用的同时，对材料电导率影响很小。作为高低压电器用触头使用可以起到良好的抗熔焊、抗电弧烧蚀、抗氧化特别是抗高温氧化，提高耐磨性、改善触头接触电阻，降低温升、提高电寿命等作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度、高导电、高导热、耐氧化、抗熔焊、耐电弧烧损和电寿命长碳化硅晶须或氧化锌晶须增强铜基电接触材料及其制备工艺。
本发明的目的是这样实现的：
晶须增强铜基电接触材料由电解铜粉、铜合金粉和晶须组成，晶须为碳化硅晶须或者四针状氧化锌晶须，晶须占电接触材料总重量的0.05～10％；铜合金粉中含有占电接触材料总重量0.05～5%的铝、锆、碲、银、钛、硼、稀土元素中的一种或任何组合。
一种晶须增强铜基电接触材料的制备方法如下：
(1) 晶须与电解铜粉、铜合金粉按比例混合，在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨6～12小时，得到均匀的混合粉末；所述的电解铜粉和铜合金粉平均粒度为－200目；铜合金粉含有的铝、锆、碲、银、钛、硼、稀土元素中的一种或任何组合，铜合金粉用水雾化法制成；
(2) 将所获得的混合粉末用冷等静压机在250～300MPa下冷等静压成直径为 50mm的圆柱体坯料；
(3) 将圆柱体坯料在氩气保护气氛下烧结1～4小时，温度800～1000℃；
(4) 烧结后的坯料在500～600吨的压力下复压；
(5) 复压后的坯料在氩气保护气氛下于800～960℃复烧，烧结温度为1～2小时；
(6) 复烧后的坯料于700～950℃下热挤压成板材；
(7) 板材在氩气保护气氛下进行时效处理，处理温度500～870℃，处理时间1～3小时；
(8) 将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。
本发明晶须增强铜基电接触材料，兼具金属和陶瓷的优良性能，不但强度高，而且具备良好的导电性、导热性，抗熔焊、耐电弧烧蚀、耐腐蚀、抗氧化尤其高温抗氧化性等优良特性。可广泛应用于电接触材料，如高低压电器用触头材料、电刷、受电弓滑板等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明晶须增强铜基电接触材料是由电解铜粉、铜合金粉与重量百分比为0.05～10％的碳化硅晶须或氧化锌晶须通过粉末冶金工艺方法制备。
实施例1：
（1）碳化硅晶须：1.5kg；含银1kg的银铜合金粉：10kg和电解铜粉：88.5kg在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨6小时，得到均匀的混合粉末；所述的电解铜粉和银铜合金粉平均粒度为－200目；银铜合金粉用水雾化法制成；
(2) 将所获得的混合粉末用冷等静压机在250MPa下冷等静压成直径为 50mm的圆柱体坯料；
(3) 将圆柱体坯料在氩气保护气氛下烧结1小时，温度1000℃；
(4) 烧结后的坯料在500吨的压力下复压；
(5) 复压后的坯料在氩气保护气氛下于800℃复烧，烧结温度为2小时；
(6) 复烧后的坯料于700℃下热挤压成板材；
(7) 板材在氩气保护气氛下进行时效处理，处理温度500℃，处理时间3小时；
(8) 将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。
实施例2
（1）氧化锌晶须粉：50kg；含镧30kg的铜镧合金粉：200kg和电解铜粉：750kg在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨8小时，得到均匀的混合粉末；所述的电解铜粉和铜镧合金粉平均粒度为－200目；铜镧合金粉用水雾化法制成；
(2) 将所获得的混合粉末用冷等静压机在280MPa下冷等静压成直径为 50mm的圆柱体坯料；
(3) 将圆柱体坯料在氩气保护气氛下烧结2小时，温度90℃；
(4) 烧结后的坯料在550吨的压力下复压；
(5) 复压后的坯料在氩气保护气氛下于860℃复烧，烧结温度为1.3小时；
(6) 复烧后的坯料于800℃下热挤压成板材；
(7) 板材在氩气保护气氛下进行时效处理，处理温度700℃，处理时间1.5小时；
(8) 将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。
实施例3
（1）氧化锌晶须：0.5kg；含碲0.4kg的铜碲合金粉：10kg；含镧0.3kg的镧铜合金粉：10%；含铝0.1kg铜铝合金粉：10kg；含锆0.05kg的铜锆合金粉：10kg和电解铜粉59.5kg在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨9小时，得到均匀的混合粉末；所述的电解铜粉、铜碲金粉、镧铜合金粉、铜铝合金粉和铜锆合金粉平均粒度为－200目；铜碲金粉、镧铜合金粉、铜铝合金粉和铜锆合金粉用水雾化法制成；
(2) 将所获得的混合粉末用冷等静压机在280MPa下冷等静压成直径为 50mm的圆柱体坯料；
(3) 将圆柱体坯料在氩气保护气氛下烧结3小时，温度900℃；
(4) 烧结后的坯料在580吨的压力下复压；
(5) 复压后的坯料在氩气保护气氛下于900℃复烧，烧结温度为1.5小时；
(6) 复烧后的坯料于900℃下热挤压成板材；
(7) 板材在氩气保护气氛下进行时效处理，处理温度850℃，处理时间1.5小时；
(8) 将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。
实施例4
(1) 碳化硅晶须0.05kg、含碲3g的铜碲合金粉20kg、含镧1g的铜镧合金粉20kg、含铝0.5g的铜铝合金粉10kg、含锆0.5g的铜锆合金粉10kg和电解铜粉39.95kkg,在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨12小时，得到均匀的混合粉末；所述的电解铜粉、铜碲合金粉、铜镧合金粉、铜铝合金粉和铜锆合金粉平均粒度为－200目；铜碲合金粉、铜镧合金粉、铜铝合金粉和铜锆合金粉用水雾化法制成。
(2) 将所获得的混合粉末在300MPa下冷等静压成直径为 50mm的圆柱体坯料。
(3) 圆柱体坯料在氩气保护气氛下于1000℃烧结，烧结温度为1小时。
(4) 烧结后的坯料在600吨的压力下复压。
(5) 复压后的坯料在氩气保护气氛下于960℃复烧，烧结温度为1小时。
(6) 复烧后的坯料于950℃下热挤压成板材。
(7) 板材在氩气保护气氛下进行时效处理，处理温度870℃，处理时间1小时；
(8) 将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。
实施例5
(1)氧化锌晶须：10kg；含碲0.05g铜碲合金粉：10kg和电解铜粉：80kg在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨12小时，得到均匀的混合粉末；所述的电解铜粉和铜碲合金粉平均粒度为－200目；铜碲合金粉用水雾化法制成；
(2) 将所获得的混合粉末用冷等静压机在250～300MPa下冷等静压成直径为 50mm的圆柱体坯料；
(3) 将圆柱体坯料在氩气保护气氛下烧结4小时，温度1000℃；
(4) 烧结后的坯料在600吨的压力下复压；
(5) 复压后的坯料在氩气保护气氛下于960℃复烧，烧结温度为2小时；
(6) 复烧后的坯料于950℃下热挤压成板材；
(7) 板材在氩气保护气氛下进行时效处理，处理温度870℃，处理时间3小时；
(8) 将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。
铜中添加少量的银并经过大的变形处理，可以改善其强度、硬度，增加电导、热导和抗腐蚀性，提高流动性和浸润性并改善冷热加工性能。在铜中适量加入稀土元素，能改善铜基合金低温和高温的抗氧化能力，提高铜基合金的强度和再结晶温度，并使电导率略有提高。在铜中适量加锆、铬、铝可以提高铜基材料的中、高温抗氧化能力、抗烧蚀性能和耐腐蚀性能。铝、碲在作为触头材料时可以通过其汽化降低触头温度和具有灭弧作用。硼在触头工作时可以吸收氧，防止或减少铜基触头材料的氧化。
Claims (2)
1.晶须增强铜基电接触材料，其特征在于：由电解铜粉、铜合金粉和晶须组成，晶须为碳化硅晶须或者四针状氧化锌晶须，晶须占电接触材料总重量的0.05～10％；铜合金粉中含有占电接触材料总重量0.05～5%的铝、锆、碲、银、钛、硼、稀土元素中的一种或任何组合。
2.一种按照权利要求1所述的晶须增强铜基电接触材料的制备方法,其特征在于，方法如下：
(1) 晶须与电解铜粉、铜合金粉按比例混合，在氩气保护气氛下，在高能球磨机上球磨6～12小时，得到均匀的混合粉末；所述的电解铜粉和铜合金粉平均粒度为－200目；铜合金粉含有的铝、锆、碲、银、钛、硼、稀土元素中的一种或任何组合，铜合金粉用水雾化法制成；
(2) 将所获得的混合粉末用冷等静压机在250～300MPa下冷等静压成直径为 50mm的圆柱体坯料；
(3) 将圆柱体坯料在氩气保护气氛下烧结1～4小时，温度800～1000℃；
(4) 烧结后的坯料在500～600吨的压力下复压；
(5) 复压后的坯料在氩气保护气氛下于800～960℃复烧，烧结温度为1～2小时；
(6) 复烧后的坯料于700～950℃下热挤压成板材；
(7) 板材在氩气保护气氛下进行时效处理，处理温度500～870℃，处理时间1～3小时；
(8) 将经过时效处理的型材轧制或拉拔加工后，按产品尺寸进行冲裁加工。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Whisker reinforced copper-based electrical contact material and preparation method thereof Effective date of registration: 20131230 Granted publication date: 20130313 Pledgee: Heilongjiang Xin Xin Investment Guarantee Group Co., Ltd. Pledgor: Harbin Dongdagao New Material Co.,Ltd. Registration number: 2013230000031 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Whisker reinforced copper-based electrical contact material and preparation method thereof Effective date of registration: 20131230 Granted publication date: 20130313 Pledgee: Heilongjiang Xin Xin Investment Guarantee Group Co., Ltd. Pledgor: Harbin Dongdagao New Material Co.,Ltd. Registration number: 2013230000031 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20150311 Granted publication date: 20130313 Pledgee: Heilongjiang Xin Xin Investment Guarantee Group Co., Ltd. Pledgor: Harbin Dongdagao New Material Co.,Ltd. Registration number: 2013230000031 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Whisker reinforced copper-based electrical contact material and preparation method thereof Effective date of registration: 20150429 Granted publication date: 20130313 Pledgee: Heilongjiang Xin Xin Investment Guarantee Group Co., Ltd. Pledgor: Harbin Dongdagao New Material Co.,Ltd. Registration number: 2015230000007 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20160620 Granted publication date: 20130313 Pledgee: Heilongjiang Xin Xin Investment Guarantee Group Co., Ltd. Pledgor: Harbin Dongdagao New Material Co.,Ltd. Registration number: 2015230000007 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model |