[发明专利]一种石墨烯改性炭/炭电触头的制备方法

说明书

本发明涉及一种电触头材料及其制备方法，涉及一种石墨烯改性炭/炭电触头及其制备方法。本发明利用石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点，采用石墨烯对炭/炭复合材料进行功能化改性，将石墨烯通过有机溶剂与树脂混合稀释后，加压浸入多孔的经过化学气相沉积处理后的炭/炭复合材料坯体内，然后采用固化、炭化和石墨化工艺制得的石墨烯改性炭/炭复合材料电触头，具有力学性能优异，机械强度高、电阻率低、耐磨性和耐电弧侵蚀性好等优点。

技术领域

本发明涉及一种电触头材料及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯改性炭/炭电触头及其制备方法。

背景技术

真空触头材料是影响真空开关开断性能的重要因素，要求触头材料具有高导电率、高导热系数、高的机械强度及低的接触电阻。真空开关不需检修，触头需要最少耐受8-12次，多则30-50次的开合额定短路电流对触头的烧损，因此触头材料应具有良好的耐弧性、抗熔焊性。目前常用的铜铋合金具有良好的抗熔焊性、较低的载流值，一定的开断能力，但强度较低，电弧侵蚀大，降低了触头材料的寿命。

根据资料检索，中国专利CN 105063413 A，公开了“一种铜基电触头材料及其制备工艺”，铜基触头材料包含以下重量百分比成份：0.2-0.6％的镁、0.05-0.3％的锑、0.05-0.4％的铋、0.05-0.3％的锡、0.05-0.3％的铬、0.005-0.05％的硼、0.02-0.1％的镧以及0.2-0.5％的石墨和余量的铜。通过加入适量的硼、锡、锑粉末，提高电触头制成品的强度和耐磨性，但一定程度上降低了材料导电性。

中国专利CN 102385938 A，公开了“一种金属基石墨烯复合电接触材料及其制备方法”,电接触材料包含0.02-10wt.％的石墨烯,其余为金属基体材料。由于石墨烯增强相的加入，使该复合电接触材料具有比其他增强相复合电接触材料更好的导电、导热性能和更高的硬度和耐磨性。但电触头材料性能具有进一步提升的空间。

中国专利CN 105385884 A，公开了“一种电触头材料及其制备方法”，电触头材料由重量比为0.1-1.0％石墨烯和99.0-99.9％铜合金组成。其制备方法为：铜合金雾化、球磨混粉、一次成型、烧结、二次成型、烧结。在铜合金中添加石墨烯作为骨架，使材料具有高硬度，但电触头材料性能具有进一步提升的空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种工艺简单、致密效果好、机械强度高、导电性能好、耐磨性和耐电弧侵蚀性优异的石墨烯改性炭/炭电触头的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种石墨烯改性炭/炭电触头的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采用预氧丝毡针刺体作为预制体材料，预制体密度控制在0.12g/cm³-0.30g/cm³。

步骤二：将步骤一中采用的预制体进行炭化处理。

步骤三：将步骤二中处理后的预制体进行化学气相沉积致密，当密度≥1.00g/cm³时转入下道致密工序。

步骤四：将石墨烯通过有机溶剂与树脂按一定比例进行混合稀释，石墨烯含量控制在0.5-1.2wt.％，搅拌均匀，得到浸渍混合物。

步骤五：浸渍、固化、炭化处理：将步骤四中浸渍混合物加压浸入多孔的经过化学气相沉积处理后的炭/炭复合材料坯体内，压力为1.0MPa-5.0MPa下进行浸渍2h-10h，然后进行固化处理，出炉后转炭化炉炭化处理，其炭化温度为800℃-1100℃，保温1h-4h，反复数次，至密度≥1.55g/cm³时转入下道致密工序。

步骤六：将步骤五致密后的炭/炭复合材料坯体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为5℃/h-200℃/h的条件下升温至1600℃-2500℃，然后保温2h-4h进行高温石墨化处理，自然冷却。