CN101654746B - 在电接触材料制备中添加碳素物质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种材料技术领域的在电接触材料制备中添加碳素物质的方法。本发明采用一种生物质衍生碳质中间相为原料，利用其乙醇溶液对金属粉体进行浸渍，粉体烘干后采用热处理方式使金属粉体表面的有机物生成亚微米或纳米的碳素颗粒，从而实现无污染均匀弥散添加的目的。由于采用溶液方式添加，工艺操作简单，无外来污染。可以实现亚微米或纳米碳素颗粒在电接触材料基体中的均匀弥散分布，从而提高电接触材料的综合性能，并且碳素物质来源丰富，价格便宜，生产成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料技术领域的添加碳素物质的方法，具体地说，涉及是一种在电接触材料制备中添加碳素物质的方法。
背景技术
由于碳素物质(石墨或金刚石)具有高熔点、耐磨减摩、化学性质稳定等优点，从而使得碳素物质在材料制备领域具有广泛的应用。例如在电触头材料中添加石墨，可以极大提高材料使用过程中的抗熔焊性能；在机械工业用耐磨减摩材料制备中，添加石墨可以提高材料的减摩性能，而金刚石的加入可以使得材料的耐磨性提高，从而达到延长使用寿命的目的。同时，碳素物质粉末的颗粒大小对于电接触材料的综合性能有着至关重要的影响，有关资料表明，很多电接触材料的综合性能随着所添加的碳素粉末尺寸的减小而增强，特别是纳米碳素粉体的加入会提高电接触材料的综合性能。
经检索，目前国内外关于电接触材料制备的研究具体如下：
1)一种银石墨电触头的制备方法CN101086923A
2)用纳米技术制备银石墨电触头材料的方法CN1396025A
在电接触材料制备领域中，纳米碳素物质添加的主要方法是首先采用各种手段获得纳米碳素粉体材料，采用普通粉末冶金方法或高能球磨分散加入。这样的加入方式会造成以下不良影响：一由于纳米粉体材料表面积巨大，易团聚，在球磨方式下很难真正分散均匀，容易造成聚集，从而降低纳米碳素物质的作用；二为了将纳米碳素物质尽可能分散均匀，就必须延长球磨时间，增加球磨强度，高能球磨将不可避免的造成球磨介质对电接触材料的污染，从而影响材料性能。
综上所述，一种合适纳米碳素颗粒材料添加方式成为许多电接触材料制备的一个关键，寻找一种合适的添加方式显得尤为必要。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，可以实现碳素颗粒的均匀弥散分布，并避免常规方法制备过程中带来杂质的弊端。
为实现上述的目的，本发明采用的技术解决方案是：采用一种生物质衍生碳质中间相为原料，利用其乙醇溶液对金属粉体进行浸渍，粉体烘干后采用热处理方式使金属粉体表面的有机物生成亚微米或纳米的碳素颗粒，从而实现无污染均匀弥散添加的目的。
本发明具体实现包括以下步骤：
第一步，按照所需制备材料中的碳素组分的比例，计算得出生物衍生碳质中间相所需重量，以此推算出所需生物衍生碳质中间相重量。生物衍生碳质中间相通过乙醇溶解与最终获得碳素物质的比例为生物衍生碳质中间相∶碳素物质＝40∶1(重量比)即40份重量生物衍生碳质中间相可最终获得1份碳素物质。生物衍生碳质中间相与乙醇重量比为1∶1～1∶20之间。
第二步，按第一步的配置方法，取相应量生物质衍生碳质中间相置于相应量乙醇中，搅拌溶解后过滤获得溶液A；
所述搅拌溶解，其时间为15分钟～60分钟。
所述过滤，即采用滤布过滤生物质衍生碳质中间相溶解后产物及杂质，滤布目数≥100目。
第三步，将所需制备的电接触材料中其余组分粉末混合均匀后获得混合粉末B，将混合粉末B加入到第二步过滤所得溶液A中进行搅拌。同时对混合浆料进行加热至乙醇挥发完成为止；
所述加热温度在40℃～100℃之间。
第四步，将所得粉末置于氢气中热处理即可获得混合均匀、碳素颗粒材料弥散分布的电接触材料粉末。
所述热处理，其温度为600～1000℃，时间为0.5～10小时。
本发明采用生物质中间相溶解的办法，通过液相加入及热分解方式实现纳米或微米碳素物质的添加，与传统球磨分散方法相比，由于采用溶液方式添加，工艺操作简单，可以有效避免颗粒团聚不均匀现象的产生，实现电接触材料基体中亚微米或纳米碳素颗粒的均匀弥散分布，并且在制备过程不会引入杂质，从而影响材料性能的后果，提高了电接触材料的综合性能；碳素物质来源丰富，价格便宜，生产成本低廉。本发明对于纳米及亚微米颗粒增强电接触材料的制备有重要的推动作用。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，以下描述只是用于理解本发明，并不用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明以下实施例按照图1中所示的流程进行实施。
本发明中，所述生物质衍生碳质中间相是已经公知的技术，一般是指采用生物质资源材料及其废弃物，通过粉碎、反应物配备、混合并加以改性化学处理等方式获得的中间相碳微球、含中间相的自烧结粉末和含中间相的高分子的混合产物。生物质衍生碳质中间相的制备方法已经是现有公开的技术，比如中国专利CN02151063等。本发明只涉及采用现有的生物质衍生碳质中间相，并不涉及关于生物质衍生碳质中间相本身的制备等内容，这些内容都属于现有公知的常识。
实施例一
以100g银碳化钨石墨(Ag：84wt％，石墨：2.5Wt％，WC：13.5wt％)电接触材料为例。
第一步，计算所需生物质衍生碳质中间相及乙醇用量，按照40∶1比例可得生物质衍生碳质中间相需要100g×2.5％×40＝100g，生物质衍生碳质中间相与乙醇取1∶20比例：即100g×20＝2000g乙醇。
第二步，将上述生物质衍生碳质中间相溶于乙醇当中，搅拌溶解15分钟后过滤溶解后产物及杂质，获得溶液A。滤布目数为100目。
第三步，将剩余的Ag粉84g和WC粉13.5g混合均匀获得混合粉末B。将粉末B加入到溶液A中搅拌，同时加热至乙醇挥发完全，温度为40℃。
第四步，将干燥完全的粉末置于氢气气氛中600℃热处理10h即可获得具有弥散分布亚微米石墨颗粒的AgWCC复合粉末。采用本发明获得的AgWCC复合粉末制备的电接触材料，相比传统粉末冶金方法制备的电接触材料，硬度上升25％，抗熔焊性提高50％。
实施例二
以100g银石墨(Ag-96wt％，石墨-4wt％)电接触材料为例。
第一步，计算所需生物质衍生碳质中间相及乙醇用量，按照40∶1比例可得生物质衍生碳质中间相需要100g×4％×40＝160g，生物衍生碳质中间相与乙醇取1∶10比例：160g×10＝1600g。
第二步，将上述生物质衍生碳质中间相溶于乙醇当中，搅拌溶解60分钟后过滤溶解后产物及杂质，获得溶液A。滤布目数为200目。
第三步，将剩余的96g Ag粉(由于剩余组分为单一组分，即无需混合)加入到溶液A中搅拌，同时采用加热至乙醇挥发完全，温度为100℃。
第四步，将干燥完全后的粉末置于氢气气氛中1000℃热处理0.5h即可获得具有弥散分布亚微米石墨颗粒的AgC复合粉末。采用本发明获得的AgC复合粉末制备的电接触材料，相比传统粉末冶金方法制备的电接触材料，硬度上升50％，抗熔焊性提高80％。
实施例三
以100g铜碳化钨石墨(Cu-84wt％，石墨-2.5Wt％，WC-13.5wt％)电接触材料为例。
第一步，计算所需生物质衍生碳质中间相及乙醇用量，按照40∶1比例可得生物质衍生碳质中间相需要100g×2.5％×40＝100g，生物质衍生碳质中间相与乙醇取1∶5比例：即100g×5＝500g乙醇。
第二步，将上述生物质衍生碳质中间相溶于乙醇当中，搅拌溶解30分钟后过滤溶解后产物及杂质，获得溶液A。滤布目数为300目。
第三步，将剩余的Cu粉84g和WC粉13.5g混合均匀获得混合粉末B。将粉末B加入到溶液A中搅拌，同时采用加热至乙醇挥发完全，加热温度为60℃。
第四步，将干燥完全后的粉末置于氢气气氛中900℃热处理3h即可获得具有弥散分布亚微米石墨颗粒的CuWCC复合粉末。采用本发明获得的CuWCC复合粉末制备的电接触材料，相比传统粉末冶金方法制备的电接触材料，硬度上升35％，抗熔焊性提高55％。
实施例四
以100g银镍石墨(Ag-90wt％，石墨-3Wt％，镍-7wt％)电接触材料为例。
第一步，计算所需生物质衍生碳质中间相及乙醇用量，按照40∶1比例可得生物质衍生碳质中间相需要100g×3％×40＝120g，生物质衍生碳质中间相与乙醇取1∶4比例：即120g×4＝480g乙醇。
第二步，将上述生物质衍生碳质中间相溶于乙醇当中，搅拌溶解40分钟后过滤溶解后产物及杂质，获得溶液A。滤布目数为400目。
第三步，将剩余的Ag粉90g和Ni粉7g混合均匀获得混合粉末B。将粉末B加入到溶液A中搅拌，同时加热至乙醇挥发完全，加热温度为50℃。
第四步，将干燥完全后的粉末置于氢气气氛中800℃热处理5h即可获得具有弥散分布亚微米石墨颗粒的AgNiC复合粉末。采用本发明获得的AgNiC复合粉末制备的电接触材料，相比传统粉末冶金方法制备的电接触材料，硬度上升35％，抗熔焊性提高40％。
实施例五
以100g铜石墨(Cu-97wt％，石墨-3Wt％)复合粉末为例。
第一步，计算所需生物质衍生碳质中间相及乙醇用量，按照40∶1比例可得生物质衍生碳质中间相需要100g×3％×40＝120g，生物质衍生碳质中间相与乙醇取1∶3比例：即120×3＝360g乙醇。
第二步，将上述生物质衍生碳质中间相溶于乙醇当中，搅拌溶解25分钟后过滤溶解后产物及杂质，获得溶液A。滤布目数为400目。
第三步，将剩余的Cu粉97g(由于剩余组分为单一组分，即无需混合)加入到溶液A中搅拌，同时采用水浴加热至乙醇挥发完全，加热温度为55℃。
第四步，将干燥完全后的粉末置于氢气气氛中700℃热处理5h即可获得具有弥散分布亚微米石墨颗粒的CuC复合粉末。采用本发明获得的CuC复合粉末制备的电接触材料，相比传统粉末冶金方法制备的电接触材料，硬度上升35％，抗熔焊性提高40％。
实施例六
以100g银镍石墨(Ag-67wt％，石墨-3Wt％，Ni-30wt％)电接触材料为例。
第一步，计算所需生物质衍生碳质中间相及乙醇用量，按照40∶1比例可得生物质衍生碳质中间相需要100g×3％×40＝120g，生物质衍生碳质中间相与乙醇取1∶1比例：即120g乙醇。
第二步，将上述生物质衍生碳质中间相溶于乙醇当中，搅拌溶解30分钟后过滤溶解后产物及杂质，获得溶液A。滤布目数为400目。
第三步，将剩余的Ag粉67g和Ni粉30g混合均匀获得混合粉末B。将粉末B加入到溶液A中搅拌，同时采用水浴加热至乙醇挥发完全，加热温度为45℃。
第四步，将干燥完全后的粉末置于氢气气氛中800℃热处理3h即可获得具有弥散分布亚微米石墨颗粒的AgNi30C3复合粉末。采用本发明获得的AgNi30C3复合粉末制备的电接触材料，相比传统粉末冶金方法制备的电接触材料，硬度上升40％，抗熔焊性提高30％。
由以上实施例可以看出，本发明采用生物质衍生碳质中间相为原料，用乙醇对其溶解以获得含有碳素物质成分溶液，然后通过溶液浸渍后搅拌烘干，然后续热处理相结合的方式实现碳素物质的加入。由于采用溶液方式添加，工艺操作简单，无外来污染；可以实现亚微米或纳米碳素颗粒在电接触材料基体中的均匀弥散分布，从而提高电接触材料的综合性能，并且碳素物质来源丰富，价格便宜，生产成本低廉。
Claims (6)
1.一种在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，其特征在于，采用一种生物质衍生碳质中间相为原料，利用其乙醇溶液对金属粉体进行浸渍，粉体烘干后采用热处理方式使金属粉体表面的有机物生成亚微米或纳米的碳素颗粒，从而实现无污染均匀弥散添加的目的；
所述的在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，包括以下步骤：
第一步，按照所需制备材料中的碳素组分的比例，计算得出所需碳素组分重量，以此推算出所需生物质衍生碳质中间相重量，该生物质衍生碳质中间相通过乙醇溶解获得碳素物质的比例为：生物质衍生碳质中间相∶碳素物质重量比＝40∶1，即40份重量碳素中间相通过乙醇溶解获得1份碳素物质，其中生物质衍生碳质中间相与乙醇重量比为1∶1～1∶20之间；
第二步，按第一步的配置方法，取相应量生物质衍生碳质中间相置于相应量乙醇中，搅拌溶解后过滤获得溶液A；
第三步，将所需制备的电接触材料中其余组分粉末混合均匀后获得混合粉末B，将混合粉末B加入到第二步过滤所得溶液A中，同时对混合浆料进行搅拌加热至乙醇挥发完全为止；
第四步，将干燥完全后所得粉末置于氢气中热处理即获得混合均匀、碳素颗粒材料弥散分布的电接触材料粉末。
2.根据权利要求1所述的在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，其特征在于，所述生物质衍生碳质中间相，是指采用生物质资源材料及其废弃物，通过粉碎、反应物配备、混合并加以改性化学处理获得的中间相碳微球、含中间相的自烧结粉末和含中间相的高分子的混合产物。
3.根据权利要求1所述的在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，其特征在于，第二步中，所述搅拌溶解，其时间为15分钟～60分钟。
4.根据权利要求1所述的在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，其特征在于，第二步中，所述过滤，是指采用滤布过滤生物质衍生碳质中间相溶解后产物及杂质，滤布目数≥100目。
5.根据权利要求1所述的在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，其特征在于，第三步中，所述加热温度在40℃～100℃之间。
6.根据权利要求1所述的在电接触材料制备中添加碳素物质的方法，其特征在于，第四步中，所述热处理，其温度为600～1000℃，时间为0.5～10小时。
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