本發明涉及電觸頭制備技術領域，具體涉及一種放電等離子燒結制備銅鎢觸頭材料的方法。
背景技術：
高壓開關的心臟元件，通過它的分斷和接通，達到傳遞、承受、斷開、控制能量的目的。高壓電觸頭在高電壓、大電流、高溫電弧的共同作用下其動作可靠性、耐久性、穩定性是影響開關壽命、安全可靠及電網的穩定性的關鍵因素。
銅鎢觸頭由于耐電弧能力較強，尤其是在斷路器分合過程中，會產生電弧，大量的能量作用在觸頭上，因此耐燒的材料是保證斷路器電氣壽命的重要條件。
公開號為CN102800420A的發明公開了一種銅鎢觸頭的制作方法，該方法包括以下步驟：(1)制鎢坯：將鎢粉、成型劑、潤濕劑按照重量比2100∶11∶15混合攪拌，然后放入成型模具內壓制成型，得到鎢坯；(2)制作石墨坩堝：根據所要制作的銅鎢觸頭的大小，選取對應的石墨棒材并將其加工制得內腔為觸頭形狀的石墨坩堝；(3)烘干石墨坩堝：將石墨坩堝放入烘箱內烘干；(4)保護石墨坩堝：在石墨坩堝的內壁上涂刷石墨水劑或粘貼石墨紙，然后將石墨坩堝放入烘箱內保溫；(5)制備含銅材料：根據所要制作的銅鎢觸頭的重量以及石墨坩堝的內腔大小，制作對應的含銅材料；(6)裝坩堝：將鎢坯放入石墨坩堝底部，然后將含銅材料放入石墨坩堝，并將其置于鎢坯的上表面；(7)裝爐抽真空加熱熔滲：將裝料后的石墨坩堝放入真空爐內的加熱器內，關閉爐門并啟動真空泵進行抽真空，抽真空后開啟加熱器對石墨坩堝進行加熱，含銅材料熔滲入鎢坯中得到銅鎢觸頭；(8)冷卻：加熱完成后，在恒溫狀態下將石墨坩堝緩慢退出加熱器，然后關閉加熱器；(9)出爐：關閉加熱器后關閉真空泵，打開爐門取出石墨坩堝，從石墨坩堝中取出銅鎢觸頭。
從上述制備銅鎢觸頭材料的工藝過程可以看出，需要將鎢粉預先成型，成型環節一般通過均勻添加成型劑及液壓機完成，并在高溫滲銅之前進行預燒結，以提升銅鎢觸頭材料綜合性能，預燒結通過依靠真空燒結爐完成，造成生產成本高、耗能大等缺點。在高壓開關要求不斷提升的背景下，銅鎢觸頭材料的制備改善優化變得十分重要。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的在于提供一種縮短生產周期以及降低能耗的放電等離子燒結制備銅鎢觸頭材料的方法。
解決上述技術問題的技術方案如下：
放電等離子燒結制備銅鎢觸頭材料的方法，包括以下步驟：
步驟1，燒結：將鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對粉末進行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結爐內抽真空并加壓，當壓強達到30-45MPa后，通入脈沖直流電流并升溫至1320-1480℃，保溫2.5-5min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進行超聲波清洗，超聲頻率為35-50KHz，溫度為30-38℃，干燥后，用功率為5-20瓦的連續或脈沖激光以10-500毫米/秒的速度進行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護氣體氣氛的高溫燒結爐中，升溫至1300-1400℃后，保溫2-3小時，得到燒結后的銅鎢燒結體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結體在壓力為50-100MPa，溫度為800-850℃的條件下進行抽真空熱壓，熱壓時間為40-100min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
優選地，所述鎢粉的粒徑為4-8μm。
優選地，所述脈沖直流電流為1200-1800A。
優選地，步驟3中所述保護氣體為氮氣。
優選地，保護氣體氣氛流量≥0.2m3/h/h，
優選地，步驟1中以100-300℃/min的升溫速率升溫至1320-1480℃。
優選地，步驟2中所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時間15-20min。
優選地，在石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學成分為高鋁粉25-40重量份，鈍化劑為1-3重量份，云母粉4-8重量份，石墨5-10重量份，水1-3重量份，粘結劑20-30重量份。
優選地，其中鈍化劑為CrO3、KMnO4、K2Cr2O7中任一種；粘結劑為鈉玻璃、鉀玻璃或鈉-鉀玻璃三種水玻璃中任一種。
本發明的顯著效果是：本發明通過將等離子體燒結工藝替代成型和預燒結兩個環節，提高銅鎢觸頭材料的抗電弧燒蝕性能的同時，大大降低生產成本，減少耗能。制備獲得的銅鎢觸頭材料在保證性能的同時，不但有效地縮短了生產周期，減少了耗能，而且加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的銅鎢觸頭材料。
以本發明的方法獲得混粉CuW70、CuW90觸頭材料為例，其性能檢測如下(表1：混粉CuW70、CuW90觸頭材料性能檢測表)：
表1
另外，本發明在石墨模具和石墨舟的表面設置了涂層后，由于該涂層可以耐受1500℃以上的溫度，因此，不但對燒結的產品和石墨模具起到了隔離作用，而且還有助于對石墨模具和燒結的產品起到保護作用。
具體實施方式
實施例1：
放電等離子燒結制備銅鎢觸頭材料的方法，包括以下步驟：
步驟1，燒結：將粒徑為4μm的鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對粉末進行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結爐內抽真空并加壓，所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時間15min，當壓強達到30MPa后，通入1200A的脈沖直流電流并以100℃/min的升溫速率升溫至1320℃，保溫2.5min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進行超聲波清洗，超聲頻率為35KHz，溫度為30℃，干燥后，用功率為5瓦的連續或脈沖激光以10毫米/秒的速度進行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護氣體氣氛的高溫燒結爐中，所述保護氣體為氮氣，保護氣體氣氛流量為0.2m3/h/h，升溫至1300℃后，保溫2小時，得到燒結后的銅鎢燒結體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結體在壓力為50MPa，溫度為800℃的條件下進行抽真空熱壓，熱壓時間為40min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學成分為高鋁粉25重量份，鈍化劑為1重量份，云母粉4重量份，石墨5重量份，水1重量份，粘結劑20重量份。其中鈍化劑為CrO3，粘結劑為鈉玻璃。
實施例2：
步驟1，燒結：將粒徑為6μm的鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對粉末進行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結爐內抽真空并加壓，所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時間17.5min，當壓強達到37.5MPa后，通入1500A的脈沖直流電流并以200℃/min的升溫速率升溫至1400℃，保溫3.75min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進行超聲波清洗，超聲頻率為42.5KHz，溫度為34℃，干燥后，用功率為12.5瓦的連續或脈沖激光以255毫米/秒的速度進行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護氣體氣氛的高溫燒結爐中，所述保護氣體為氮氣，保護氣體氣氛流量為0.3m3/h/h，升溫至1350℃后，保溫2.5小時，得到燒結后的銅鎢燒結體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結體在壓力為75MPa，溫度為825℃的條件下進行抽真空熱壓，熱壓時間為70min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學成分為高鋁粉32.5重量份，鈍化劑為2重量份，云母粉6重量份，石墨7.5重量份，水2重量份，粘結劑25重量份。其中鈍化劑為KMnO4，粘結劑為鉀玻璃。
實施例3：
步驟1，燒結：將粒徑為8μm的鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對粉末進行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結爐內抽真空并加壓，所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時間20min，當壓強達到45MPa后，通入1800A的脈沖直流電流并以300℃/min的升溫速率升溫至1480℃，保溫5min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進行超聲波清洗，超聲頻率為50KHz，溫度為38℃，干燥后，用功率為20瓦的連續或脈沖激光以500毫米/秒的速度進行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護氣體氣氛的高溫燒結爐中，所述保護氣體為氮氣，保護氣體氣氛流量為0.35m3/h/h，升溫至1400℃后，保溫3小時，得到燒結后的銅鎢燒結體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結體在壓力為100MPa，溫度為850℃的條件下進行抽真空熱壓，熱壓時間為100min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學成分為高鋁粉40重量份，鈍化劑為3重量份，云母粉8重量份，石墨10重量份，水3重量份，粘結劑30重量份。其中鈍化劑為K2Cr2O7，粘結劑為鈉-鉀玻璃。
以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍。