本發(fā)明涉及電觸頭材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅鉻觸頭材料的制作方法。
背景技術(shù)：
觸頭材料廣泛地用于自動(dòng)開關(guān)，大容量斷路器、塑殼斷路器以及其他一些開關(guān)器上。公開號(hào)為CN105018768A的發(fā)明專利申請公開了一種高性能銅鉻觸頭材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟，(1)原材料選擇：選用50-300微米的電解鉻粉或鋁熱還原鉻粉以及300微米以下的電解銅粉或霧化銅粉；(2)混粉：按Cu粉∶Cr粉＝9∶1-5∶5的重量配比，并按Cu粉和Cr粉的混合粉∶銅球＝1∶1的重量配比進(jìn)行球磨混粉3-10小時(shí)；(3)冷等靜壓：將混好后的混合粉裝入橡膠套冷等靜壓為棒料，壓力為150-300Mpa，保壓時(shí)間為3-20分鐘；(4)真空包套：將步驟(3)中壓好的棒料裝入銅套，銅套厚度為1-5mm，抽真空至1Pa-10-2Pa進(jìn)行真空密封；(5)加熱：將包套密封后的棒料加熱至500-1050℃之間，保溫30分鐘-90分鐘；(6)熱擠壓：使用液壓機(jī)進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度500-1050℃，擠壓變形量為20％-99％，液壓機(jī)噸位為200-2500T，擠壓后的棒料即為合格的銅鉻觸頭材料。
上述制備銅鉻觸頭材料的工藝過程可以看出，在混粉完成后，需要進(jìn)行冷等靜壓、真空包套、加熱、熱擠壓的步驟，才能得到銅鉻觸頭材料，而且，上述每一步驟又包含了繁雜的工序，這樣的生產(chǎn)工藝不但周期長、耗能大而且所需多種設(shè)備、成本高。因此，在高壓開關(guān)發(fā)展速度和使用量大的情況下，制備銅鉻觸頭工藝的縮短以及降低能耗和成本變得十分必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種縮短生產(chǎn)周期的銅鉻觸頭材料的制作方法。
解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
銅鉻觸頭材料的制作方法，包括以下步驟：
步驟1，混粉：向鉻粉、銅粉的混合粉中加入粘結(jié)劑混合均勻，使用V-混合器或低速球磨機(jī)均勻混合；所述鉻粉的粒徑為10-30μm，所述銅粉的粒徑為0.8-10μm；
步驟2，過篩分散：將經(jīng)過步驟1處理的混合粉通過篩網(wǎng)過篩后置于容器中分散晾曬；
步驟3，預(yù)燒結(jié)：將步驟2得到的混合粉倒入石墨模具，在1-3.8噸/cm2的壓力下進(jìn)行模壓，模壓時(shí)溫度設(shè)置為650-800℃，得到模塑制品，放置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到25-35MPa后，通入脈沖直流電流并升溫至1000-1060℃，保溫1.5-3.5min后，隨爐冷卻得到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物；預(yù)燒結(jié)溫度低于銅的熔點(diǎn)，通過預(yù)燒結(jié)可以得到多孔燒結(jié)產(chǎn)物；
步驟4，二次燒結(jié)：將步驟3得到的多孔燒結(jié)產(chǎn)物繼續(xù)置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到25-35MPa后，通入脈沖直流電流并升溫至1100-1200℃，保溫1.5-3.5min后，得到二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料；二次燒結(jié)過程中的溫度高于銅的熔點(diǎn)，將預(yù)燒結(jié)的銅鉻觸頭材料在銅的熔點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行熱處理，使得液態(tài)銅可以滲透到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物的孔隙中；
步驟5，熱后處理：將步驟4得到的二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料置于1200-1600℃的溫度范圍內(nèi)，在真空或惰性氣體保護(hù)中進(jìn)行保溫1-20小時(shí)，保持溫度高則時(shí)間相應(yīng)較短，保持溫度低則保持時(shí)間相應(yīng)較長。
優(yōu)選地，步驟1中鉻粉的含量為25-50wt.％，其余為銅。
優(yōu)選地，粘結(jié)劑在加入混合粉之前采用溶劑油進(jìn)行稀釋分散。
優(yōu)選地，加入溶劑油的比例為鉻粉重量的2％-4％。
優(yōu)選地，步驟1中的粘結(jié)劑為SBP膠。
優(yōu)選地，步驟1中加入粘結(jié)劑的比例為鉻粉重量的1％-2％。
優(yōu)選地，所述步驟3中以80-120℃/min的升溫速率升溫至1000-1060℃。
優(yōu)選地，所述步驟4中以80-120℃/min的升溫速率升溫至1100-1200℃。
優(yōu)選地，在石墨模具的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉25-40重量份，鈍化劑為1-3重量份，云母粉4-8重量份，石墨5-10重量份，水1-3重量份，粘結(jié)劑20-30重量份。
優(yōu)選地，其中鈍化劑為CrO3、KMnO4、K2Cr2O7中任一種；粘結(jié)劑為鈉玻璃、鉀玻璃或鈉-鉀玻璃三種水玻璃中任一種。
本發(fā)明的顯著效果是：通過本發(fā)明的方法將鉻粉和銅粉混合后直接進(jìn)行燒結(jié)，從而得到銅鉻觸頭材料，相比現(xiàn)有技術(shù)中在混粉后通過冷等靜壓、真空包套、加熱、熱擠壓的步驟制作的銅鉻觸頭材料而言，本發(fā)明的制備方法有效地對制備工藝進(jìn)行了簡化，避免采用過多的設(shè)備和繁雜的工藝來完成制備過程。而且放電等離子燒結(jié)具有升溫速度快、燒結(jié)時(shí)間短、晶粒均勻、有利于控制燒結(jié)體的細(xì)微結(jié)構(gòu)、獲得的材料致密度高、性能好等特點(diǎn)，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，還能制備出綜合性能優(yōu)異的CuCr觸頭材料。
另外，本發(fā)明在石墨模具的表面設(shè)置了涂層后，由于該涂層可以耐受1500℃以上的溫度，因此，不但對燒結(jié)的產(chǎn)品和石墨模具起到了隔離作用，而且還有助于對石墨模具和燒結(jié)的產(chǎn)品起到保護(hù)作用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
銅鉻觸頭材料的制作方法，包括以下步驟：
步驟1，混粉：將粘結(jié)劑SBP膠采用溶劑油進(jìn)行稀釋分散，向鉻粉、銅粉的混合粉中加入粘結(jié)劑，使用V-混合器或低速球磨機(jī)均勻混合；其中，鉻粉的含量為25wt.％，其余為銅，加入溶劑油的比例為鉻粉重量的2％，加入粘結(jié)劑的比例為鉻粉重量的1％，所述鉻粉的粒徑為10μm，所述銅粉的粒徑為0.8μm；
步驟2，過篩分散：將經(jīng)過步驟1處理的混合粉通過篩網(wǎng)過篩后置于容器中分散晾曬；
步驟3，預(yù)燒結(jié)：將步驟2得到的混合粉倒入石墨模具，在1噸/cm2的壓力下進(jìn)行模壓，模壓時(shí)溫度設(shè)置為650℃，得到模塑制品，放置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到25MPa后，通入脈沖直流電流并以80℃/min的升溫速率升溫至1000℃，保溫1.5min后，隨爐冷卻得到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物；預(yù)燒結(jié)溫度低于銅的熔點(diǎn)，通過預(yù)燒結(jié)可以得到多孔燒結(jié)產(chǎn)物；
步驟4，二次燒結(jié)：將步驟3得到的多孔燒結(jié)產(chǎn)物繼續(xù)置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到25MPa后，通入脈沖直流電流并以80℃/min的升溫速率升溫至1100℃，保溫1.5min后，得到二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料；二次燒結(jié)過程中的溫度高于銅的熔點(diǎn)，將預(yù)燒結(jié)的銅鉻觸頭材料在銅的熔點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行熱處理，使得液態(tài)銅可以滲透到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物的孔隙中；
步驟5，熱后處理：將步驟4得到的二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料置于1200℃的溫度范圍內(nèi)，在真空或惰性氣體保護(hù)中進(jìn)行保溫1小時(shí)，保持溫度高則時(shí)間相應(yīng)較短，保持溫度低則保持時(shí)間相應(yīng)較長。
在石墨模具的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉25-40重量份，鈍化劑為1重量份，云母粉4重量份，石墨5重量份，水1重量份，粘結(jié)劑20重量份。其中鈍化劑為CrO3，粘結(jié)劑為鈉玻璃。
實(shí)施例2：
銅鉻觸頭材料的制作方法，包括以下步驟：
步驟1，混粉：將粘結(jié)劑SBP膠采用溶劑油進(jìn)行稀釋分散，向鉻粉、銅粉的混合粉中加入粘結(jié)劑，使用V-混合器或低速球磨機(jī)均勻混合；其中，鉻粉的含量為37.5wt.％，其余為銅，加入溶劑油的比例為鉻粉重量的3％，加入粘結(jié)劑的比例為鉻粉重量的1.5％，所述鉻粉的粒徑為20μm，所述銅粉的粒徑為5.4μm；
步驟2，過篩分散：將經(jīng)過步驟1處理的混合粉通過篩網(wǎng)過篩后置于容器中分散晾曬；
步驟3，預(yù)燒結(jié)：將步驟2得到的混合粉倒入石墨模具，在2.4噸/cm2的壓力下進(jìn)行模壓，模壓時(shí)溫度設(shè)置為725℃，得到模塑制品，放置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到30MPa后，通入脈沖直流電流并以100℃/min的升溫速率升溫至1030℃，保溫2.5min后，隨爐冷卻得到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物；預(yù)燒結(jié)溫度低于銅的熔點(diǎn)，通過預(yù)燒結(jié)可以得到多孔燒結(jié)產(chǎn)物；
步驟4，二次燒結(jié)：將步驟3得到的多孔燒結(jié)產(chǎn)物繼續(xù)置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到30MPa后，通入脈沖直流電流并以100℃/min的升溫速率升溫至1150℃，保溫2.5min后，得到二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料；二次燒結(jié)過程中的溫度高于銅的熔點(diǎn)，將預(yù)燒結(jié)的銅鉻觸頭材料在銅的熔點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行熱處理，使得液態(tài)銅可以滲透到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物的孔隙中；
步驟5，熱后處理：將步驟4得到的二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料置于1400℃的溫度范圍內(nèi)，在真空或惰性氣體保護(hù)中進(jìn)行保溫10.5小時(shí)，保持溫度高則時(shí)間相應(yīng)較短，保持溫度低則保持時(shí)間相應(yīng)較長。
在石墨模具的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉32.5重量份，鈍化劑為2重量份，云母粉6重量份，石墨7.5重量份，水2重量份，粘結(jié)劑25重量份。其中鈍化劑為KMnO4，粘結(jié)劑為鉀玻璃。
實(shí)施例3：
銅鉻觸頭材料的制作方法，包括以下步驟：
步驟1，混粉：將粘結(jié)劑SBP膠采用溶劑油進(jìn)行稀釋分散，向鉻粉、銅粉的混合粉中加入粘結(jié)劑，使用V-混合器或低速球磨機(jī)均勻混合；其中，鉻粉的含量為50wt.％，其余為銅，加入溶劑油的比例為鉻粉重量的4％，加入粘結(jié)劑的比例為鉻粉重量的2％，所述鉻粉的粒徑為30μm，所述銅粉的粒徑為10μm；
步驟2，過篩分散：將經(jīng)過步驟1處理的混合粉通過篩網(wǎng)過篩后置于容器中分散晾曬；
步驟3，預(yù)燒結(jié)：將步驟2得到的混合粉倒入石墨模具，在3.8噸/cm2的壓力下進(jìn)行模壓，模壓時(shí)溫度設(shè)置為800℃，得到模塑制品，放置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到35MPa后，通入脈沖直流電流并以120℃/min的升溫速率升溫至1060℃，保溫3.5min后，隨爐冷卻得到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物；預(yù)燒結(jié)溫度低于銅的熔點(diǎn)，通過預(yù)燒結(jié)可以得到多孔燒結(jié)產(chǎn)物；
步驟4，二次燒結(jié)：將步驟3得到的多孔燒結(jié)產(chǎn)物繼續(xù)置于SPS燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到35MPa后，通入脈沖直流電流并以120℃/min的升溫速率升溫至1200℃，保溫3.5min后，得到二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料；二次燒結(jié)過程中的溫度高于銅的熔點(diǎn)，將預(yù)燒結(jié)的銅鉻觸頭材料在銅的熔點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行熱處理，使得液態(tài)銅可以滲透到預(yù)燒結(jié)的多孔燒結(jié)產(chǎn)物的孔隙中；
步驟5，熱后處理：將步驟4得到的二次燒結(jié)的銅鉻觸頭材料置于1600℃的溫度范圍內(nèi)，在真空或惰性氣體保護(hù)中進(jìn)行保溫20小時(shí)，保持溫度高則時(shí)間相應(yīng)較短，保持溫度低則保持時(shí)間相應(yīng)較長。
在石墨模具的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉40重量份，鈍化劑為3重量份，云母粉8重量份，石墨10重量份，水3重量份，粘結(jié)劑30重量份。其中鈍化劑為K2Cr2O7，粘結(jié)劑為鈉-鉀玻璃。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。