專利名稱：銅基復合電接觸材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于中低負載領域的銅基復合電接觸材料，屬于電工新材料技術領域。
背景技術：
電觸頭是中低壓電器的關鍵元件之一，在現有技術中，電接觸元件制造材料以銀基電接觸材料為主，主要有銀—金屬氧化物、銀基假合金、銀基合金三大類。這是因為銀具有高導電性、高導熱性和良好的機械加工性，在大氣條件下不氧化，能保持低而穩(wěn)定的接觸電阻等性質。但是銀是一種昂貴的稀有金屬，資源緊缺，而銀基電接觸材料中含銀量高達60-95％，是電器工業(yè)中消耗銀最多的領域。為了降低成本，減少銀的消耗量，研究開發(fā)價格便宜，性能可靠的電接觸材料具有重要意義。這方面的工作主要集中在銅基電接觸材料的研究上。銅具有和銀差不多的導電能力，其熔點、熱容量和機械性能要高于銀，因而適合用于電接觸材料。不足的是金屬銅在空氣中保存和使用時，在氧氣、水蒸氣以及電弧的作用下，很容易在表面形成導電性很差的氧化層，導致接觸電阻不穩(wěn)定。此外金屬銅的抗電燒蝕和抗熔焊能力也比較低。因此需要在銅中添加其它元素和化合物形成合金或者復合材料以改善其物化性能，使其滿足中低壓電器產品的要求。目前已經有多項關于銅基電接觸材料的專利，如在銅中添加碳纖維、石墨、金剛石、碳化硼、鎘、稀土金屬、單一的氧化物和鹵化物等。雖然這些方案有效的改善了銅基材料的電性能和機械性能，但是仍然沒有做到觸頭材料抗氧化性、抗熔焊性、抗電燒蝕以及機械性能的優(yōu)化組合，性能和銀基材料相比還有不小差距。因此限制了銅基材料的應用范圍，影響了其推廣應用。

發(fā)明內容本發(fā)明針對現有技術存在的不足，提供一種低電阻率、導熱導電性好、抗電燒蝕和抗熔焊能力強、機械加工性好的新型銅基復合電接觸材料。
本發(fā)明的銅基復合電接觸材料組分如下，均為重量百分比導電陶瓷 1～15％，石墨 0.1～3％，Mo、W之一或其組合1～10％，Ni 0.2～4％，銅 余量。
其中上述導電陶瓷是一種復合陶瓷化合物，其化學式為Re1-xAxT1-yCyOz。
Re為La，Pr，Sm，Eu，Y稀土元素的一種或者其組合。
A為Ba、Sr、Ca元素一種或者其組合，0≤x≤0.5。
T為Cu，Ni、Co、Mn、Fe過渡元素一種或者其組合。
C為Bi、Sb、Mo、W元素一種或者其組合，0≤y≤0.3。
O為氧元素，2≤z≤4。
導電陶瓷化合物利用本領域常規(guī)的高溫固相反應合成，即在高溫下燒結進行化合反應生成導電陶瓷化合物。也可以通過水熱法、化學共沉淀法或者溶膠—凝膠法進行制備。
本發(fā)明的新型銅基復合電接觸材料最佳配比(重量比)為導電陶瓷8％，石墨1％，Mo 2％，W 1％，Ni 2％，銅86％，其中導電陶瓷組成是La0.6Y0.07Sr0.33Ni0.55Fe0.4W0.05O3。
本發(fā)明的銅基復合電接觸材料可利用常規(guī)粉末冶金方法制造，其簡單的工藝流程為稱取合適配比的導電陶瓷、石墨、Mo、W、Ni、Cu粉；在保護氣氛下進行機械球磨混粉；混合均勻的粉末在10～150Mpa壓力下壓結成型；在保護氣氛下，800～1050℃溫度下燒結0.5～3小時；將燒結后的材料在300～500Mpa下進行復壓，制得銅基復合電接觸材料。此外，本材料也可以利用銀基電接觸材料常用的熱擠壓方法進行制備。
本發(fā)明采用導電陶瓷化合物作為主要添加物。導電陶瓷化合物具有電阻率小、熔點和分解溫度高，硬度大，不氧化，在電弧作用下不易分解的特性。將其均勻的分散在銅基基體中，可以使制得的復合材料彌散硬化，克服金屬銅硬度不夠的缺點，提高材料抗電弧燒蝕和抗熔焊的能力。觸頭使用過程中高硬度的導電陶瓷在閉合力和瞬間電弧的作用下，可穿透觸頭表面的氧化物薄層，保證觸頭的導通性。另外由于導電陶瓷電阻率很低，使用過程中，觸頭溫升很小，可進一步降低觸頭的損耗。除了導電陶瓷外，本材料還添加少量石墨、Mo、W、Ni元素。石墨與金屬的附著力很低，添加石墨能提高復合材料的抗熔焊性，并且在電弧作用下可以生成還原氣體一氧化碳，防止觸頭表面氧化。添加Mo、W金屬可以提高材料硬度及耐摩擦和抗電燒蝕性，在電弧作用下氧化形成的少量MoO3、WO3熔點低，可以吸收燃弧能量，并能改善導電陶瓷和銅的浸潤性，進一步提高觸頭的抗電燒蝕能力和溫度特性，延長觸頭使用壽命。Ni可與銅形成機械性能良好的合金，減少冷態(tài)時銅的氧化率，降低觸頭的接觸電阻，降低溫升。
本發(fā)明制備的銅基復合電接觸材料電阻率低，導熱、導電性好，觸頭接觸電阻小而穩(wěn)定，抗氧化能力強，具有優(yōu)異的抗電燒蝕和抗熔焊能力，并且價格便宜，無毒無害，加工性能良好，工藝流程簡單，可以利用粉末冶金或熱擠壓工藝制備成型。本發(fā)明的材料不用銀，可節(jié)約大量貴重金屬。
中等負載下電性能試驗表明本發(fā)明的電接觸材料具有優(yōu)異的電性能，可以和銀基電接觸材料相比擬。因而可以在很大范圍內替代現有的銀基電接觸材料。
具體實施方式
實施例1按重量百分比，銅基復合電接觸材料的組成是導電陶瓷8％，石墨1％，Mo 2％，W 1％，Ni 2％，銅86％，其中導電陶瓷組成是La0.6Y0.07Sr0.33Ni0.55Fe0.4W0.05O3。
按照上述配比稱取導電陶瓷粉、石墨、Mo粉、W粉、Ni粉、銅粉，在保護氣氛下進行機械混磨，在100MPa壓力下壓制成型，然后在惰性氣體保護下于980℃燒結2小時，再在400Mpa壓力下復壓，得到銅基復合電接觸材料。
實施例2按重量百分比，銅基復合電接觸材料的組成是導電陶瓷6％，石墨0.5％，Mo 5％，Ni 1.5％，銅87％，其中導電陶瓷組成是La0.6Pr0.07Sm0.1Ca0.23Cu0.35Co0.5Bi0.05Mo0.1O3。材料的制備方法同實施例1。
實施例3按重量百分比，銅基復合電接觸材料的組成是導電陶瓷10％，石墨1％，Mo 4％，W 0.5％，Ni0.5％，銅84％，其中導電陶瓷組成是La0.95Eu0.05Fe0.25Ni0.75O3。材料的制備方法同實施例1。
實施例4按重量百分比，銅基復合電接觸材料的組成是導電陶瓷5％，石墨1.5％，Mo 1.5％，W 0.5％，Ni0.5％，銅91％，其中導電陶瓷組成是La0.85Pr0.05Sr0.1Cu0.15Mn0.75Bi0.1O3。材料的制備方法同實施例1。
實施例5按重量百分比，銅基復合電接觸材料的組成是導電陶瓷1％，石墨2％，Mo 3％，W 2％，Ni2％，銅90％，其中導電陶瓷組成是La0.8Sm0.1Ca0.1Mn0.95W0.05O3。材料的制備方法同實施例1。
實施例6按重量百分比，銅基復合電接觸材料的組成是導電陶瓷15％，石墨0.2％，W 1％，Ni 0.8％，銅83％，其中導電陶瓷組成是La0.7Eu0.1Y0.05Ba0.15Mn0.45Fe0.45Sb0.05W0.05O3。材料的制備方法同實施例1。
實施例7如實施例1所述，所不同的是，導電陶瓷組成為La0.6Pr0.07Sm0.1Ca0.23Cu0.35Co0.5Bi0.05Mo0.1O3。
實施例8如實施例1所述，所不同的是，導電陶瓷組成為La0.95Eu0.05Fe0.25Ni0.75O3。
實施例9如實施例1所述，所不同的是，導電陶瓷組成為La0.85Pr0.05Sr0.1Cu0.15Mn0.75Bi0.1O3。
實施例10如實施例1所述，所不同的是，導電陶瓷組成為La0.8Sm0.1Ca0.1Mn0.95W0.05O3。
用上述實施例中的方法制成的銅基復合電接觸材料，加工成觸頭后，其密度可達8.2～8.9g/cm3，硬度40～60(HB)，電阻率2.1～3.5μΩ·cm。
權利要求
1.一種銅基復合電接觸材料，其特征是，組分如下導電陶瓷1～15％，石墨0.1～3％，Mo、W之一或者其組合1～10％，Ni 0.2～4％，銅余量，均為重量百分比。
2.根據權利要求1所述的銅基復合電接觸材料，其特征是，所述的導電陶瓷是一種復合陶瓷化合物，其化學式為Re1-xAxT1-yCyOz；Re為La，Pr，Sm，Eu，Y稀土元素的一種或者其組合；A為Ba、Sr、Ca元素一種或者其組合，0≤x≤0.5；T為Cu，Ni、Co、Mn、Fe過渡元素一種或者其組合；C為Bi、Sb、Mo、W元素一種或者其組合，0≤y≤0.3；O為氧元素，2≤z≤4。
全文摘要
一種銅基復合電接觸材料，屬于新材料技術領域。組分如下導電陶瓷1～15％，石墨0.1～3％，Mo、W之一或者其組合1～10％，Ni0.2～4％，銅余量，重量百分比。本發(fā)明的中低壓電器用銅基復合電接觸材料具有良好的導電和導熱性，較好的滅弧性、抗熔焊性、抗電侵蝕及抗粘結性，且具有低電阻率、溫升小、性能價格比高等優(yōu)點，可用于在大范圍內替代現有銀基材料。
文檔編號H01H1/02GK1523623SQ03139038
公開日2004年8月25日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權日2003年9月9日
發(fā)明者陳延學, 王成建, 梅良模, 欒開政, 閻景賢, 徐榮歷 申請人:山東大學