[发明专利]铜-钛硅碳复合触头材料及其热压烧结制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及铜基电触头材料领域，特别涉及一种铜-钛硅碳（Cu-Ti₃SiC₂）复合触头材料及其热压烧结制备方法和用途。

背景技术

电触头是真空开关的核心部件，担负着接通、承载和分断电流的任务，其性能直接影响着传导系统工作的可靠性、稳定性和精确性。电触头的性能主要取决于制作该触头的触头材料。目前，用来制作真空接触器触头的材料主要有银基触头材料和铜基触头材料两大类。银基触头材料性能较好，但因使用了贵金属银而使成本大大提高，国外主要用于较重要的真空接触器中，国内很少使用。

目前，国内使用的真空接触器触头材料主要为Cu-W、Cu-WC、Cu-WC-W等铜基触头材料，这些材料虽可在一定程度上满足使用需要，但都有各自的缺点，有进一步改进的必要。Cu-W触头材料的截流值较高、抗熔焊能力较差；Cu-WC触头材料中由于WC的存在，在开断小电流时能延长电弧熄灭的时间，抗熔焊性能也好，但其分断能力和电寿命较Cu-W触头材料差；Cu-WC-W触头材料的性能介于前两者之间。在这种背景条件下，迫切需要研发一种综合性能更好的新型真空触头材料。

钛硅碳（Ti₃SiC₂）是一种新型三元层状碳化物陶瓷材料，由于它具有陶瓷与金属的双重特性而在许多领域都显示出良好的应用前景。Ti₃SiC₂具有较高的电导率、热导率、可机械加工、密度低、熔点高、高温稳定性和耐磨性好，这些优良性能是触头材料中高熔点组元的理想选择。

与现有真空接触器触头材料中大量使用的高熔点组元WC相比，Ti₃SiC₂的电阻率更低，有利于提高复合材料的导电率，降低截流值；Ti₃SiC₂的弹性模量和热胀系数比WC更接近于金属，在与铜复合时两组元具有更好的相容性；Ti₃SiC₂的熔点、热导率和比热都高于WC，与铜复合得到的触头材料具有更高的导热率、更低的电弧烧损率；Ti₃SiC₂具有很好的抗氧化性和自润滑性，对于改善触头材料的表面膜电阻特性和抗熔焊性能十分有利；此外Ti₃SiC₂的密度远低于WC，使复合材料的重量显著降低，有利于真空开关的轻量化，同时原材料成本也更低，并节省了宝贵的战略资源钨。由此可见，铜-钛硅碳复合触头材料可在多方面改善现有触头材料的性能。

到目前为止，关于Ti₃SiC₂材料的制备与性能，国内外已经开展了较多研究，但是在其与金属的复合材料制备及工业应用方面所做的工作仍然有限，仅能查阅到数篇关于Ti₃SiC₂/Cu复合材料的论文和两份相关专利。发明专利“一种Ti₃SiC₂三层复合结构的电触头材料及其制备工艺”（申请号200810136996.3）和“一种Ti₃SiC₂多层复合结构电触头材料及其制备工艺”（申请号200810136997.8）公开了两种含有Ti₃SiC₂的触头材料及其制备工艺，但两专利所涉及材料均为层状结构，均以纯Ti₃SiC₂为表层，以铜基合金或银基合金为基体层，应用对象都是低压电器的触头。而本发明所述的材料是由Ti₃SiC₂与Cu两相所组成的均匀复合材料，应用对象主要为真空接触器触头，与上述两专利有着本质的不同。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种铜-钛硅碳复合触头材料，该材料具有良好的导电性和导热性，重量轻，物理性能、力学性能和电接触性能高。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种铜-钛硅碳复合触头材料的热压烧结制备方法。

本发明要解决的第三个技术问题是提供所述铜-钛硅碳复合触头材料在电触头领域的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种铜-钛硅碳复合触头材料，所述铜-钛硅碳复合触头材料由包括如下体积百分数的组分制备而成：20-70%钛硅碳粉,余量为铜粉。