CN103789744A - 一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，本发明涉及电接触材料的制备方法。本发明要解决常用的CNTs/Ag复合材料制备方法存在着碳纳米管分散不均匀、结构缺陷多的技术问题。方法：一、制备Ni(NO3)2/Ag复合粉末；二、采用离子体方法制备电接触材料。本发明采用等离子体增强化学气相沉积方法低温原位生长碳纳米管，保证了银粉末中碳纳米管的结构完美和均匀分散性，避免了CNTs/Ag基电接触复合粉末中碳纳米管的团聚，真正意义上实现了碳纳米管对CNTs/Ag基电接触复合粉末性能的改善。本发明用于制备原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
Description
技术领域
本发明涉及电接触材料的制备方法。
背景技术
纯银具有优异的电导率，接触电阻稳定，被广泛的应用于高导电性，中低电流范围的电接触材料。但纯银的力学性能较差，存在自然时效软化、在较大功率负荷条件下极易发生转移及熔焊等缺陷。因此，常采用材料的复合化方法来能够显著地提高银基材料的硬度、强度、耐磨性及耐烧蚀性等。
碳纳米管(CNTs）是纳米材料中广泛应用的材料之一。碳纳米管是一种新型的一维管状碳纳米材料，由于其近乎完美的键合结构，阻碍了不纯物质和缺陷的进入，使其具有超强的机械性能和化学稳定性，其化学活性则比石墨还低。因其具有较高的长径比（直径为几十纳米以内，长度为几个微米至几百个微米），是目前最细的纤维材料，它已表现出优异的力学、热学和电学性能。除此之外，碳纳米管作为增强体材料，重量轻，具有良好的导热和导电性能，而且还和石墨一样具有自润滑性能。因此将其应用于复合材料尤其是纳米级复合材料的制备中具有重大的研究意义和实际应用价值。
总上可知，利用碳纳米管增强银基材料，可以有效地提高银基材料的力学、热学及电学性能，进而制备出高性能的CNTs/Ag基电接触复合材料。然而，常用的CNTs/Ag复合材料制备方法存在着碳纳米管分散不均匀、结构缺陷多等难题，限制了其实际应用。因此，急需开发出一种碳纳米管分散均匀且结构完美的CNTs/Ag基复合材料的制备方法。
发明内容
本发明要解决常用的CNTs/Ag复合材料制备方法存在着碳纳米管分散不均匀、结构缺陷多的技术问题，而提供一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法。
一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将银粉末和六水硝酸镍混合，再加入乙醇至六水硝酸镍的浓度为0.1mol/L，然后机械搅拌25min～35min，再加热搅拌至乙醇完全挥发，得到Ni(NO3)2/Ag复合粉末，其中，六水硝酸镍与银粉末的质量比为2%～10%；
二、将步骤一得到的Ni(NO3)2/Ag复合粉末均匀铺于石英舟中，将石英舟放入等离子体增强化学气相沉积设备中，抽真空至压力为5Pa以下，通入H2，控制H2流量为20sccm，保持压强为200Pa，然后以30℃/min的速度升温至工作温度600℃～800℃，再通入CH4气体，调节H2和CH4的总流量为50sccm，保持工作压强为500Pa～800Pa，沉积***射频电源频率为13.56MHz，射频功率为200W，沉积时间为10min～30min，沉积结束后，关闭射频电源和加热电源，停止通入CH4气体，以H2为保护气体，控制H2流量为20sccm，调节工作压强为200Pa，冷却至室温，得到CNTs/Ag基复合粉末，即获得一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
本发明采用等离子体增强化学气相沉积方法低温原位在银粉末表面生长碳纳米管，以实现碳纳米管在银基复合粉末中的均匀分散。
本发明的有益效果是：
1.通过原位在银粉末表面生长碳纳米管，可以有效地改善银基复合材料的力学、热学及电学性能，最终制备出高性能的CNTs/Ag基电接触复合粉末。
2.本发明采用等离子体增强化学气相沉积方法低温原位生长碳纳米管，保证了银粉末中碳纳米管的结构完美和均匀分散性，避免了CNTs/Ag基电接触复合粉末中碳纳米管的团聚，真正意义上实现了碳纳米管对CNTs/Ag基电接触复合粉末性能的改善。
3.本发明方法简单、有效、有助于碳纳米管在电接触材料领域的实际应用以及工业化生产。
本发明用于制备原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
附图说明
图1为实施例一获得的CNTs/Ag复合粉末的扫描电镜照片；
图2为实施例一获得的CNTs/Ag复合粉末拉曼光谱图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将银粉末和六水硝酸镍混合，再加入乙醇至六水硝酸镍的浓度为0.1mol/L，然后机械搅拌25min～35min，再加热搅拌至乙醇完全挥发，得到Ni(NO3)2/Ag复合粉末，其中，六水硝酸镍与银粉末的质量比为2%～10%；
二、将步骤一得到的Ni(NO3)2/Ag复合粉末均匀铺于石英舟中，将石英舟放入等离子体增强化学气相沉积设备中，抽真空至压力为5Pa以下，通入H2，控制H2流量为20sccm，保持压强为200Pa，然后以30℃/min的速度升温至工作温度600℃～800℃，再通入CH4气体，调节H2和CH4的总流量为50sccm，保持工作压强为500Pa～800Pa，沉积***射频电源频率为13.56MHz，射频功率为200W，沉积时间为10min～30min，沉积结束后，关闭射频电源和加热电源，停止通入CH4气体，以H2为保护气体，控制H2流量为20sccm，调节工作压强为200Pa，冷却至室温，得到CNTs/Ag基复合粉末，即获得一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
本实施方式采用等离子体增强化学气相沉积方法低温原位在银粉末表面生长碳纳米管，以实现碳纳米管在银基复合粉末中的均匀分散。
本实施方式的有益效果是：
1.通过原位在银粉末表面生长碳纳米管，可以有效地改善银基复合材料的力学、热学及电学性能，最终制备出高性能的CNTs/Ag基电接触复合粉末。
2.本实施方式采用等离子体增强化学气相沉积方法低温原位生长碳纳米管，保证了银粉末中碳纳米管的结构完美和均匀分散性，避免了CNTs/Ag基电接触复合粉末中碳纳米管的团聚，真正意义上实现了碳纳米管对CNTs/Ag基电接触复合粉末性能的改善。
3.本实施方式方法简单、有效、有助于碳纳米管在电接触材料领域的实际应用以及工业化生产。
本实施方式用于制备原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中银粉末的纯度为质量百分含量达到99%以上。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中加热至200℃搅拌。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中六水硝酸镍与银粉末的质量比为5%。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中银粉末的粒径为100nm～100μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中工作温度为650℃～750℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中保持工作压强为600Pa～700Pa。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中调节H2和CH4的总流量为50sccm，其中H2的流量为10sccm、CH4的流量为40sccm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中调节H2和CH4的总流量为50sccm，其中H2的流量为25sccm、CH4的流量为25sccm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中调节H2和CH4的总流量为50sccm，其中H2的流量为40sccm、CH4的流量为10sccm。其它与具体实施方式一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将银粉末和六水硝酸镍混合，再加入乙醇至六水硝酸镍的浓度为0.1mol/L，然后机械搅拌30min，再加热搅拌至乙醇完全挥发，得到Ni(NO3)2/Ag复合粉末，其中，六水硝酸镍与银粉末的质量比为5%；
二、将步骤一得到的Ni(NO3)2/Ag复合粉末均匀铺于石英舟中，将石英舟放入等离子体增强化学气相沉积设备中，抽真空至压力为5Pa以下，通入H2，控制H2流量为20sccm，保持压强为200Pa，然后以30℃/min的速度升温至工作温度700℃，再通入CH4气体，调节H2的流量为10sccm、CH4的流量为40sccm，保持工作压强为700Pa，沉积***射频电源频率为13.56MHz，射频功率为200W，沉积时间为20min，沉积结束后，关闭射频电源和加热电源，停止通入CH4气体，以H2为保护气体，控制H2流量为20sccm，调节工作压强为200Pa，冷却至室温，得到CNTs/Ag基复合粉末，即获得一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
本实施例获得的CNTs/Ag复合粉末的扫描电镜照片如图1所示，碳纳米管均匀分散在复合粉末基体上，长度可达3～5μm，管径在10～15nm之间，所得复合钎料中碳纳米管含量大约为3%。
本实施例获得的CNTs/Ag复合粉末拉曼光谱图如图2所示，可见，在1351cm-1和1590cm-1拉曼频移处出现了较强的两个波峰，分别对应CNTs的D、G的拉曼特征峰位置，这也说明获得材料是CNTs，并且碳纳米管的石墨化程度较好，也可以说碳纳米管的纯度较高。
实施例二：
本实施例一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将银粉末和六水硝酸镍混合，再加入乙醇至六水硝酸镍的浓度为0.1mol/L，然后机械搅拌30min，再加热搅拌至乙醇完全挥发，得到Ni(NO3)2/Ag复合粉末，其中，六水硝酸镍与银粉末的质量比为5%；
二、将步骤一得到的Ni(NO3)2/Ag复合粉末均匀铺于石英舟中，将石英舟放入等离子体增强化学气相沉积设备中，抽真空至压力为5Pa以下，通入H2，控制H2流量为20sccm，保持压强为200Pa，然后以30℃/min的速度升温至工作温度700℃，再通入CH4气体，调节H2的流量为25sccm、CH4的流量为25sccm，保持工作压强为700Pa，沉积***射频电源频率为13.56MHz，射频功率为200W，沉积时间为20min，沉积结束后，关闭射频电源和加热电源，停止通入CH4气体，以H2为保护气体，控制H2流量为20sccm，调节工作压强为200Pa，冷却至室温，得到CNTs/Ag基复合粉末，即获得一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
本实施例获得的CNTs/Ag复合粉末中碳纳米管均匀分散在复合粉末基体上，长度可达～3μm，管径在10～15nm之间，所得复合粉末中碳纳米管含量大约为1%。
实施例三：
本实施例一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将银粉末和六水硝酸镍混合，再加入乙醇至六水硝酸镍的浓度为0.1mol/L，然后机械搅拌30min，再加热搅拌至乙醇完全挥发，得到Ni(NO3)2/Ag复合粉末，其中，六水硝酸镍与银粉末的质量比为5%；
二、将步骤一得到的Ni(NO3)2/Ag复合粉末均匀铺于石英舟中，将石英舟放入等离子体增强化学气相沉积设备中，抽真空至压力为5Pa以下，通入H2，控制H2流量为20sccm，保持压强为200Pa，然后以30℃/min的速度升温至工作温度700℃，再通入CH4气体，调节H2的流量为40sccm、CH4的流量为10sccm，保持工作压强为700Pa，沉积***射频电源频率为13.56MHz，射频功率为200W，沉积时间为20min，沉积结束后，关闭射频电源和加热电源，停止通入CH4气体，以H2为保护气体，控制H2流量为20sccm，调节工作压强为200Pa，冷却至室温，得到CNTs/Ag基复合粉末，即获得一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
本实施例获得的CNTs/Ag复合粉末中碳纳米管均匀分散在复合钎料基体上，长度可达1～3μm，管径在10～15nm之间，所得复合钎料中碳纳米管含量大约为0.5%。
Claims (10)
1.一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于具体是按照以下步骤制备的：
一、将银粉末和六水硝酸镍混合，再加入乙醇至六水硝酸镍的浓度为0.1mol/L，然后机械搅拌25min～35min，再加热搅拌至乙醇完全挥发，得到Ni(NO3)2/Ag复合粉末，其中，六水硝酸镍与银粉末的质量比为2%～10%；
二、将步骤一得到的Ni(NO3)2/Ag复合粉末均匀铺于石英舟中，将石英舟放入等离子体增强化学气相沉积设备中，抽真空至压力为5Pa以下，通入H2，控制H2流量为20sccm，保持压强为200Pa，然后以30℃/min的速度升温至工作温度600℃～800℃，再通入CH4气体，调节H2和CH4的总流量为50sccm，保持工作压强为500Pa～800Pa，沉积***射频电源频率为13.56MHz，射频功率为200W，沉积时间为10min～30min，沉积结束后，关闭射频电源和加热电源，停止通入CH4气体，以H2为保护气体，控制H2流量为20sccm，调节工作压强为200Pa，冷却至室温，得到CNTs/Ag基复合粉末，即获得一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料。
2.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤一中银粉末的纯度为质量百分含量达到99%以上。
3.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤一中加热至200℃搅拌。
4.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤一中六水硝酸镍与银粉末的质量比为5%。
5.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤一中银粉末的粒径为100nm～100μm。
6.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤二中工作温度为650℃～750℃。
7.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤二中保持工作压强为600Pa～700Pa。
8.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤二中调节H2和CH4的总流量为50sccm，其中H2的流量为10sccm、CH4的流量为40sccm。
9.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤二中调节H2和CH4的总流量为50sccm，其中H2的流量为25sccm、CH4的流量为25sccm。
10.根据权利要求1所述的一种原位生长碳纳米管增强银基电接触材料的制备方法，其特征在于步骤二中调节H2和CH4的总流量为50sccm，其中H2的流量为40sccm、CH4的流量为10sccm。
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