[发明专利]一种Ti2AlN‑碳纳米管复合增强银基电接触材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电接触复合材料的制备方法，具体涉及一种Ti₂AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料及其制备方法。

背景技术

银基陶瓷复合材料(Ag/MeO材料，代表性的有Ag/CdO、Ag/SnO₂、Ag/ZnO和Ag/ReO)，通过添加弥散分布的金属氧化物MeO陶瓷颗粒，既强化了Ag基体，而且显著增强了材料抗熔焊和耐电弧侵蚀的能力，使其成为研究和应用最广、性能优良的电接触材料。但就使用性能来讲，现有体系尚存在金属氧化物MeO陶瓷颗粒易富集于触头表面引起接触电阻增大、温升过高、加工成型困难等弱点，这一弱点不仅影响其使用寿命，而且也使它的使用范围受到限制，越来越难以满足电接触材料高可靠、长寿命、小型化和多功能响应的要求。因此，如何有效提高银基复合材料的电寿命成为材料工作者所关注的问题，其中向其添加新型增强体就是一种有效的途径。

钛铝氮(Ti₂AlN)是一种新型层状三元陶瓷，由于其特殊的原子排列方式，使其兼具了金属和陶瓷的居多优良性能，如金属的导电、导热、抗热冲击性、可加工性和陶瓷的低比重、高熔点、高强度、高模量、抗氧化及自润滑的特点；而碳纳米管作为增强体对提高金属的力学性能效果显著。与目前银基复合材料中常用的氧化物陶瓷颗粒增强相相比，Ti₂AlN与碳纳米管作为新型增强相均具有许多独特的优势。中国专利CN 102312150A公布了“Ag/Ti₃SiC₂电接触复合材料的制备方法”，该专利提供了制备Ti₃SiC₂作为增强相的银基复合材料的方法，可有效解决增强相与银基体的润湿性问题。中国专利CN 105742083A提供了“一种碳纳米管增强的复合电接触材料及其制备工艺”，解决了银基触点材料中增强材料电弧作用下团聚的问题。但上述方法工艺流程复杂且不易控制，造成相关产品的工业化生产较困难，且对于Ti₂AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料的生产制备并未能提出合理的方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提出一种Ti₂AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料。本发明制备的银基电接触复合材料在保持高硬度、高导电性、导热性和自润滑性的同时，大幅度地降低电侵蚀率，使其具备优良的综合性能，可广泛适用于低压电器用触头材料，如断路器和接触器触头。

本发明的另一个目的还在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合，提供一种能进一步改善材料的综合性能，生产工艺简便，生产成本相对低的Ti₂AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为所述Ti₂AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料按质量百分比包括如下组分：Ti₂AlN层状三元陶瓷3-20％、经预处理的多壁碳纳米管1-3％、余量为银。

其中，所述Ti₂AlN层状三元陶瓷粉体的纯度大于98％，粒径范围为2μm～50μm。

其中，所述经预处理的多壁碳纳米管按照以下方法制成：将碳纳米管加入到混酸(V_浓硝酸：V_浓硫酸＝3：1)溶液中，在搅拌速度为300～600转/分钟，温度为70～90℃条件下处理1～6小时，自然冷却过滤洗涤后于60～80℃条件下真空干燥4～10小时，得到经预处理的多壁碳纳米管。

本发明还提供了一种上述Ti₂AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料的制备方法，依次包括如下工艺步骤：

(1)按要求选取组配原料粉末，将配制好的混合粉末装入球磨罐中进行湿磨分散。湿磨在滚筒式球磨机中进行，以无水乙醇作为研磨介质，研磨体采用直径为的WC-8wt％Co硬质合金球，球料比为10:1，球磨转速可以控制在30～40转/分钟，球磨分散时间控制在60～90小时；将球磨后的混合浆料，沉淀干燥4～5小时，所述浆料的干燥是采用真空干燥方式，干燥温度60～80℃；

(2)按混合料重量的1～2wt％掺入成型剂，混合均匀后干燥、制粒得到流动性良好的混合料，本发明所述成型剂为聚乙二醇或石蜡；