权利要求
1.一种长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)采用真空蒸发镀在多壁
碳纳米管纸表面沉积金属层得到表面改性的多壁碳纳米管纸;
(2)将表面改性的多壁碳纳米管纸和银合金粉末放在石墨模具中按照层进行交替装料，随后进行放电等离子烧结，得到层状银基电刷材料。
2.根据权利要求1所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：所述真空蒸发镀所用的蒸发源材料为
高纯铜颗粒、高纯
镍颗粒、高纯
锡颗粒、高纯银颗粒中的一种;多壁碳纳米管纸表面沉积金属层的重量为多壁碳纳米管纸重量的5-15 wt.%。
3.根据权利要求1所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：所述高纯铜颗粒、高纯镍颗粒、高纯锡颗粒、高纯银颗粒的纯度为99.99%，粒径为100-200μm;多壁碳纳米管纸的厚度为50-100μm。
4.根据权利要求1所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：所述真空蒸发镀的真空度为≤10-3 Pa，电阻蒸发温度为500-1700℃，镀覆时间为20-60min。
5.根据权利要求1所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：所述银合金粉末为AgCu合金、AgNi合金和AgCuNi合金中的一种，其中AgCu合金粉末中Cu含量为2.0 wt.%;AgNi合金粉末中Ni含量为2.0 wt.%;AgCuNi合金粉末中Cu含量为20 wt.%、Ni含量为2 wt.%;银合金粉末的粒径为20-50μm。
6.根据权利要求1所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：所述放电等离子烧结真空度<10-1Pa，烧结温度为600~800℃，保温时间为10~30min，升温速率为100℃/min，烧结压力为50MPa。
7.根据权利要求1所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，交替装料的总层数为7-15。
8.根据权利要求1所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，表面改性的多壁碳纳米管纸的质量占层状银基电刷材料质量的30%以上。
9.权利要求1-8任一项所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法制备得到的长寿命、高性能层状银基电刷材料。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于银基
复合材料制备技术领域，具体涉及一种长寿命、高性能层状银基电刷材料及其制备方法。
背景技术
[0002]银石墨复合材料是一种高性能的导电材料，由银和石墨通过
粉末冶金工艺制成，同时兼具银的优异导电性、导热性和石墨的耐磨性、润滑性;广泛应用于航空航天、
新能源汽车、电动交通、工业电机和电力设备等领域。然而，银石墨复合材料的性能优化面临成分偏析、界面强度低等问题，近年通过新型制备工艺(如湿法混料-分解技术)和添加剂(如碳纳米管、二硫化钼)的应用，显著提升了其导电性和耐磨性。然而，针对高碳含量(>30wt.%)的银石墨复合材料，由于石墨和银基体粉末密度差大，导致传统粉末冶金工艺很难保证石墨分散均匀性和界面结合强度，因此研制高碳含量的银碳复合材料是我国众多重点工程急需解决的问题。
[0003]目前，通常通过粉末冶金工艺实现碳基增强相增强银基复合材料的制备。例如，专利申请CN201210519873.4的专利公开了一种炭纤维/铜复合材料及制备方法，提出了以短炭纤维压制得到的多孔炭坯体为预制体，在预制体的孔隙中渗入
铜合金，使铜合金能充分填充炭坯体内的孔隙并最终形成网络状连续分布的铜合金基体的炭纤维/铜复合材料及其制备方法。但是该类型制备工艺流程冗长、成本高且易出现空洞问题，导致该方法很难保证材料性能的稳定性。专利申请CN202411627074.8公布的一种银石墨电刷材料及制备方法，通过添加热固树脂来解决银石墨电刷偏析严重与界面强度低的问题。同时，专利申请CN202311518985.2公布的一种智能家电用电刷材料及其制备方法，也是通过将基体石墨粉与复合粘结剂混合、烧结制备得到电刷材料。但是通过添加剂来实现石墨粉混合均匀性，一方面延长了制备流程并且添加剂的挥发和分解也会进一步石墨分散均匀性;另一方面添加剂也无法实现石墨与银基体间界面结合强度的提高。
[0004]因此，有必要提供一种新型思路的层状银基电刷材料制备方法，通过优化碳基增强相在银基体中空间构型分布和提高界面结合强度;同时，又可以减少制备流程及提升制备方法适用性。
发明内容
[0005]为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明提供一种长寿命、高性能层状银基电刷材料及其制备方法。
[0006]本发明提供一种长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用真空蒸发镀在多壁碳纳米管纸表面沉积金属层得到表面改性的多壁碳纳米管纸;
(2)将表面改性的多壁碳纳米管纸和银合金粉末放在石墨模具中按照层进行交替装料，随后进行放电等离子烧结，得到层状银基电刷材料。
[0007]优选的，所述真空蒸发镀所用的蒸发源材料为高纯铜颗粒、高纯镍颗粒、高纯锡颗粒、高纯银颗粒中的一种;多壁碳纳米管纸表面沉积金属层的重量为多壁碳纳米管纸重量的5-15 wt.%。
[0008]优选的，所述高纯铜颗粒、高纯镍颗粒、高纯锡颗粒、高纯银颗粒的纯度为99.99%，粒径为100-200μm;多壁碳纳米管纸的厚度为50-100μm。
[0009]优选的，所述真空蒸发镀的真空度为≤ 10-3Pa，电阻蒸发温度为500-1700℃，镀覆时间为20-60min。
[0010]优选的，所述银合金粉末为AgCu合金、AgNi合金和AgCuNi合金中的一种，其中AgCu合金粉末中Cu含量为2.0 wt.%;AgNi合金粉末中Ni含量为2.0 wt.%;AgCuNi合金粉末中Cu含量为20 wt.%、Ni含量为2 wt.%;银合金粉末的粒径在20-50μm。
[0011]优选的，所述放电等离子烧结真空度<10-1Pa，烧结温度为600~800℃，保温时间为10~30min，升温速率为100℃/min，烧结压力为50MPa。
[0012]优选的，所述步骤(2)中，交替装料的总层数为7-15。
[0013]优选的，所述步骤(2)中，表面改性的多壁碳纳米管纸的质量占层状银基电刷材料质量的30%以上。
[0014]本发明还要求保护所述长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法制备得到的长寿命、高性能层状银基电刷材料。
[0015]本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
1. 本发明利用真空蒸发镀技术在多壁碳纳米管纸表面沉积金属层以制备得到表面改性的多壁碳纳米管纸，实现碳基增强相与银合金基体间界面结合强度的提高，利于提高层状银基电刷材料服役性能。
[0016]2. 本发明使用多壁碳纳米管纸作为碳基增强相，相较传统石墨或
碳纤维而言，多壁碳纳米管纸本身具备优异导电及力学性能;相较于传统粉末冶金工艺的弥散分布增强相构型，通过层状结构设计可进一步提升碳基增强相的含量，实现高碳含量银基电刷材料的制备。
[0017]3. 本发明制备方法较为简单，环境友好且能耗相对较低，适宜工业化推广应用。
附图说明
[0018]图1为长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备流程图。
具体实施方式
[0019]实施例1
一种长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纯度99.99%、粒径100 μm的高纯铜粉末置于电阻加热蒸发空腔中，将蒸发腔抽真空至真空度≤10-3Pa;随后，对电阻加热蒸发腔进行加热至1200℃;对厚度50 μm，直径为10 cm的多壁碳纳米管纸进行真空蒸发镀铜，镀覆时间为20min，多壁碳纳米管纸表面沉积金属铜层的重量比为5 wt.%。
[0020](2)将步骤(1)中得到的表面镀覆铜的多壁碳纳米管纸和粒径20 μm AgCu2粉末放在石墨模具中进行交替装料(先填充AgCu2粉末再填充表面镀覆铜的多壁碳纳米管纸);随后，进行放电等离子烧结，制备得到层状银基电刷材料，其中表面镀覆铜的多壁碳纳米管纸占层状银基电刷材料的重量比为30 wt.%(其中，以10g试样为例，需填充镀铜多壁碳纳米管纸3层，银合金粉4层)。放电等离子烧结过程中，烧结温度600℃，保温10min，烧结压力为50MPa，真空度<10-1Pa，升温速率100℃/min。
[0021]所制备的层状银基电刷材料的拉伸强度为89MPa，导电率65%IACS。
[0022]实施例2
一种长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纯度99.99%、粒径150 μm的高纯镍粉末置于电阻加热蒸发空腔中，将蒸发腔抽真空至真空度≤ 10-3Pa;随后，对电阻加热蒸发腔进行加热至1500℃;对厚度70 μm，直径为10 cm的多壁碳纳米管纸进行真空蒸发镀镍，镀覆时间为20min，多壁碳纳米管纸表面沉积金属镍层的重量比在7 wt.%。
[0023](2)将步骤(1)中得到的表面镀覆镍的多壁碳纳米管纸和粒径50 μm AgCu2粉末放在石墨模具中进行交替装料(先填充AgCu2粉末再填充表面镀覆镍的多壁碳纳米管纸);随后，进行放电等离子烧结，制备得到层状银基电刷材料，其中表面镀覆镍的多壁碳纳米管纸占层状银基电刷材料的重量比为40 wt.% (其中，以10g试样为例，需填充镀镍多壁碳纳米管纸4层，银合金粉5层)。放电等离子烧结过程中，烧结温度700℃，保温30min，烧结压力为50MPa，真空度<10-1Pa，升温速率100℃/min。
[0024]所制备的层状银基电刷材料的拉伸强度为71MPa，导电率59%IACS。
[0025]实施例3
一种长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纯度99.99%、粒径200 μm的高纯锡粉末置于电阻加热蒸发空腔中，将蒸发腔抽真空至真空度≤ 10-3Pa;随后，对电阻加热蒸发腔进行加热至500℃;进一步，对厚度100μm，直径为10 cm的多壁碳纳米管纸进行真空蒸发镀锡，镀覆时间为60min，多壁碳纳米管纸表面沉积金属锡层的重量比在15 wt.%。
[0026](2)将步骤(1)中得到的表面镀覆锡的多壁碳纳米管纸和粒径30 μm AgNi2粉末放在石墨模具中进行交替装料(先填充AgNi2粉末再填充表面镀覆锡的多壁碳纳米管纸);随后，进行放电等离子烧结，制备得到层状银基电刷材料，其中表面镀覆锡的多壁碳纳米管纸占整体重量比为40 wt.% (其中，以10g试样为例，需填充镀锡多壁碳纳米管纸4层，银合金粉5层)。放电等离子烧结过程中，烧结温度800℃，保温30min，烧结压力为50MPa，真空度<10-1Pa，升温速率100℃/min。
[0027]所制备的层状银基电刷材料的拉伸强度为69MPa，导电率51%IACS。
[0028]实施例4
一种长寿命、高性能层状银基电刷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纯度99.99%、粒径100 μm的高纯银粉末置于电阻加热蒸发空腔中，将蒸发腔抽真空至真空度≤ 10-3Pa;随后，对电阻加热蒸发腔进行加热至1200℃;进一步，对厚度50μm，直径为10 cm的多壁碳纳米管纸进行真空蒸发镀银，镀覆时间为30 min。多壁碳纳米管纸表面沉积金属银层的重量比在10 wt.%。
[0029](2)将步骤(1)中得到的表面镀覆银的多壁碳纳米管纸和粒径20 μm AgCu20Ni2粉末放在石墨模具中进行交替装料(先填充AgCu20Ni2粉末再填充表面镀覆银的多壁碳纳米管纸);随后，进行放电等离子烧结，制备得到层状银基电刷材料，其中表面镀覆银的多壁碳纳米管纸占层状银基电刷材料重量比为50 wt.% (其中，以10g试样为例，需填充镀银多壁碳纳米管纸5层，银合金粉6层)。放电等离子烧结过程中，烧结温度800℃，保温30min，烧结压力为50MPa，真空度<10-1Pa，升温速率100℃/min。
[0030]所制备的层状银基电刷材料的拉伸强度为65MPa，导电率41%IACS。
[0031]对比例1
一种银基电刷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纯度99.99%、粒径100 μm的高纯铜粉末置于电阻加热蒸发空腔中，将蒸发腔抽真空至真空度≤10-3Pa;随后，对电阻加热蒸发腔进行加热至1200℃;对多壁碳纳米管进行真空蒸发镀铜，镀覆时间为20min，多壁碳纳米管表面沉积金属铜层的重量比为5 wt.%。
[0032](2)将步骤(1)中得到的表面镀覆铜的多壁碳纳米管和粒径20 μm AgCu2粉末混合均匀后，将其放在石墨模具中;随后，进行放电等离子烧结，制备得到银基电刷材料，其中表面镀覆铜的多壁碳纳米管占银基电刷材料的重量比为30 wt.%。放电等离子烧结过程中，烧结温度600℃，保温10min，烧结压力为50MPa，真空度<10-1Pa，升温速率100℃/min。
[0033]所制备的层状银基电刷材料的拉伸强度为65MPa，导电率55%IACS。
[0034]对比例2
一种层状银基电刷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将厚度50 μm，直径为10 cm的多壁碳纳米管纸和粒径20 μm AgCu2粉末中进行交替装料(先填充AgCu2粉末再填充多壁碳纳米管纸)放在石墨模具中;随后，进行放电等离子烧结，制备得到层状银基电刷材料，其中多壁碳纳米管纸占层状银基电刷材料的重量比为30 wt.%(其中，以10g试样为例，需填充多壁碳纳米管纸3层，银合金粉4层)。放电等离子烧结过程中，烧结温度600℃，保温10min，烧结压力为50MPa，真空度<10-1Pa，升温速率100℃/min。
[0035]所制备的层状银基电刷材料的拉伸强度为61MPa，导电率54%IACS。
[0036]以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
说明书附图(1)
声明：
“长寿命、高性能层状银基电刷材料及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：昆明贵研新材料科技有限公司, 云南贵金属实验室有限公司, 云南省贵金属新材料控股集团股份有限公司
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