一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113005402A(43)申请公布日2021.06.22(21)申请号202110197075.3(22)申请日2021.02.22(71)申请人陕西科技大学地址710021陕西省西安市未央区大学园(72)发明人叶晓慧孙起辉强豪锁国权冯雷侯小江杨艳玲张荔(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人高博(51)Int.Cl.C23C14/06(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法(57)摘要本发明公开了一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法，通过激光合金化制备镍/触头材料过渡涂层；再通过管式炉加热在触头表面生长石墨烯，从而赋予复合触头材料接触界面高热导率、高电导率的物理性质和优异的机械性能，弥补了合金材料的缺点，并在工程领域更大化石墨烯特殊性能的应用。本发明提高了触头材料抗电弧烧蚀能力、抗熔焊能力、机械性能，为轨道交通和电气设备的升级改造提供理论依据和经验指导。CN113005402ACN113005402A权利要求书1/1页1.一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法，其特征在于，在金属触头材料的表面预置一层含碳粉末；然后采用管式炉，在氩气保护中对金属触头材料加热实现原位生长石墨烯，冷却获得石墨烯/金属基复合触头。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含碳粉末的粒径为0.05～10μm。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，含碳粉末包括天然石墨粉，高定向热解石墨粉和镍包石墨粉中的任一种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含碳粉末的厚度为5～30μm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属触头材料为银合金或铜。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，银合金为银氧化物合金、银镍合金、银碳合金、银钨合金或银钨碳合金。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，铜为紫铜或铜合金。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，管式炉的保温区间为0.4～0.7m。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在氩气保护中，控制管式炉的升温速度为1～5℃/min，生长温度为600～1000℃，生长时间10～60min。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，管式炉停止加热后，将金属触头材料自然冷却实现原位生长石墨烯。2CN113005402A说明书1/5页一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法技术领域[0001]本发明属于电气设备技术领域，具体涉及一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法。背景技术[0002]电触头是电器开关、仪器组件等的接触元件，作用包括负载电流，接通、分断电流等作用。触头材料的性能与服役情况，直接决定了电气开关的开端能力、接触安全和可靠性等，进而影响配电系统的实际工况和使用寿命。[0003]轨道交通牵引动力系统的开关器件下端负载高达数百千瓦的大型牵引机组，其关键部件触头材料面临着电弧开断难度大、电弧烧蚀严重等巨大挑战。地铁、高铁中的大型牵引机组所采用的空气直流开关，由于直流开关的伏安特性，使得电弧稳定性增强，电弧和关断后的电流产生焦耳热，很容易造成触头材料的烧蚀和熔焊、蒸发。而电弧对触头产生的烧蚀破坏将会造成电气开关的失效，从而影响高铁、地铁等牵引机组的稳定运作。[0004]因此，开发一种新型的耐电弧烧蚀的复合电触头材料对我国低压电气行业发展将大有裨益。发明内容[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法，解决了银基触头材料在服役过程中因直流开关中的电弧、动静触头摩擦造成的烧蚀和机械磨损，提高了直流开关关键零部件触头材料的使用性能和使用寿命。[0006]本发明采用以下技术方案：[0007]一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法，在金属触头材料的表面预置一层含碳粉末；然后采用管式炉，在氩气保护中对金属触头材料加热实现原位生长石墨烯，冷却获得石墨烯/金属基复合触头。[0008]具体的，含碳粉末的粒径为0.05～10μm。[0009]进一步的，含碳粉末包括天然石墨粉，高定向热解石墨粉和镍包石墨粉中的任一种。[0010]具体的，含碳粉末的厚度为5～30μm。[0011]具体的，金属触头材料为银合金或铜。[0012]进一步的，银合金为银氧化物合金、银镍合金、银碳合金、银钨合金或银钨碳合金。[0013]进一步的，铜为紫铜或铜合金。[0014]具体的，管式炉的保温区间为0.4～0.7m。[0015]具体的，在氩气保护中，控制管式炉的升温速度为1～5℃/min，生长温度为600～1000℃，生长时间