[发明专利]一种基于3D打印技术的高耐磨高导热电触头及制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于新型的电触头制备技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的高耐磨高导热电触头及制备工艺。

背景技术

电触头是电器开关、仪器仪表等高压电器的关键元件，承担着接通、承载、分断正常电流和故障电流的任务，电触头作为中高压开关设备中的核心部件，起着开关、导通的作用，其性能好坏直接影响高压电器的质量和使用寿命。电触头的特点是体积小、形状复杂，且要求品种多、规格全、性能高，因此对电触头制作材料也提出很高的要求，一般要求电触头材料具有良好的耐电磨损、抗熔焊、导电导热性、接触电阻小的性能，为满足以上条件，由于金属银具有较高的导电导热性且表面不易氧化，目前国内外绝大部分电触头采用银基材料来制备。

研究表明，在电触头开闭过程中产生的电熔焊和电弧侵蚀现象极其复杂，在电弧能量、接触电压以及环境因素的综合作用下，触头表面发生加热、熔化、汽化、流动及凝固等物理冶金过程，导致触头表面产生熔融、软化、喷溅、流动和裂纹等现象，因此要求触头材料除了具备良好的物理性能外，还必须具有良好的化学性能和稳定性。为了提高银基材料的性能，人们开始在银基材料中添加其它金属及氧化物构成二元、三元及多元合金来提高其抗熔焊性和耐磨耐腐蚀性，例如AgCdO、AgMe、AgSnO₂、AgZnO、AgMnO₂、AgC等，其中AgCdO具有优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性、低而稳定的接触电阻等综合电性能，在整个电触头材料体系中占有重要的位置，但是其中Cd有毒，已被大多企业禁用，目前都在研究其替代材料。

而其它金属及其氧化物在空气中易被氧化，其氧化物具有很低的电阻率，急剧增大了元件的接触电阻，使得材料在使用过程中容易发热，降低了器件工作的稳定性和可靠性，缩短了其使用寿命。目前这些触头材料的制备工艺方法主要是粉末冶金法、合金内氧化法、预氧化法以及化学包覆法等，这些制备工艺过程复杂，需要多套的设备及工艺，占地面积大，提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的高耐磨高导热电触头，同时提供其制备工艺是本发明的另一发明目的。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：一种基于3D打印技术的高耐磨高导热电触头，所述电触头的原料由Ag粉和纳米钻石烯粉混合得到。

所述Ag粉和纳米钻石烯粉混合的重量比为98︰2～90︰10。

所述Ag粉的粒度为250目以下，纳米钻石烯粉由平均粒度分别为20nm、50nm、250nm的三种粒度的纳米钻石烯按重量配比为10～20︰30～50︰40～60混合制成。

所述的基于3D打印技术的高耐磨高导热电触头的制备方法，包括以下步骤：

1）将纳米钻石烯粉与Ag粉按比例混合得到混合粉末；

2）将混合粉末倒入3D打印机中的粉末缸中；

3）在计算机中建立纳米钻石烯与Ag粉电触头三维模型，选择3D打印中的选择性激光烧结技术进行3D打印成型；

4）打印结束后清扫表面的松散的粉末，即可制得成型坯件，剩余的粉末循环利用；

5）成型坯件经再次烧结冷却即得。

步骤3）中3D打印的具体操作为：先通过计算机建模软件建模，再采用分层加工、叠加成型完成打印；每一层的打印过程分为两步，第一步：在需要成型的区域喷洒一层粘接剂；第二步：喷洒一层均匀的混合粉末，粉末遇到粘接剂会迅速固化粘结，没有粘接剂的区域仍保持松散状态，这样在一层粘接剂一层粉末的交替下，实体模型被“打印”成型。

打印过程所用粘接剂为耐高温导电银胶。该粘接剂液滴本身很小，不易扩散，且具有较强粘接性，最为关键的是导电银胶中含有金属银粉，不会引入其它杂质金属。

所述选择性激光烧结技术是利用Nd：YAG激光器对粉末材料进行选择性烧结；选择性激光烧结技术的参数为：激光功率为11～15W，扫描速率为1600～2000mm/s，扫描间距为0.06～0.14mm，分层厚度为0.06～0.1mm。步骤5）中烧结的条件为：99.99%氮气保护，烧结温度为400～500℃，烧结时间为4～5h。