一種電機用碳刷及其製備方法
2023-05-16 21:16:01
一種電機用碳刷及其製備方法
【專利摘要】本發明屬於複合材料製備領域，公開了一種碳刷及其製備方法，該碳刷由以下質量分數的組分製備而成：20～90wt%碳納米管、0～60wt%活性炭、2～10wt%含鈦納米化合物、和5～20wt%金屬粉末或其氧化物粉末或其鹽類的粉末。該碳刷的製備方法為：將碳納米管、活性炭、含鈦納米化合物、及金屬粉末或其氧化物粉末或其鹽類的粉末混合均勻，經成型後在高溫高壓下燒結而成。本發明製備碳刷材料的主要成分為具有良好導電性的含鈦化合物、碳納米管、石墨以及少量鐵、鈷、鎳金屬，其中含鈦化合物具有良好的耐磨性，石墨具有小的摩擦係數，碳納米管賦予碳刷良好的韌性。因此本發明製備的碳刷材料具有優良的導電性、耐磨性和韌性。
【專利說明】一種電機用碳刷及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及複合材料製備領域，具體涉及一種電機用碳刷及其製備方法。
【背景技術】
[0002]目前大部分碳刷其主要成分為石墨以及金屬材料，儘管石墨具有良好的耐磨性，但在實際使用中，存在易磨損的問題，難以克服。
[0003]自碳納米管發現以來，碳納米管具有高強度1、導電性和自潤滑減磨等一系列優良性能。碳納米管的力學性能可以極大提高複合材料的強度和韌性，其獨特的導電性能可以改善複合材料的導電性。但鮮少有對含碳納米管的碳刷的製備方法的報導，引入碳納米管制備的碳刷其表現出優越的導電性和較低的摩擦係數。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術的不足，目的在於提供一種電機用碳刷及其製備方法。
[0005]一種電機用碳刷，由以下質量分數的組分製備而成:碳納米管20?90%、活性炭O?60%、含鈦納米化合物2?10%、金屬粉末或其納米金屬氧化物粉末5?20%。
[0006]上述方案中，所述含鈦納米化合物為納米二氧化鈦、納米碳化鈦、和碳氮化鈦中的一種或幾種。
[0007]上述方案中，所述金屬粉末為鐵、鈷和鎳中的一種或幾種。
[0008]一種電機用碳刷的製備方法，包括如下步驟:
[0009](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管20?90%、活性炭O?60%、含鈦納米化合物2?10%、金屬粉末或其氧化物粉末或其鹽類的粉末5?20% ；
[0010](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型，再進行高溫高壓燒結，得到碳刷材料；
[0011](3)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0012]上述方案中，所述含鈦納米化合物為:納米二氧化鈦、納米碳化鈦、和碳氮化鈦中的一種或幾種。
[0013]上述方案中，所述金屬粉末為鐵、鈷和鎳中的一種或幾種。
[0014]上述方案中，所述高溫高壓燒結為真空熱壓燒結或放電等離子體燒結，腔體真空度為10?50Pa，燒結溫度為1300?1600°C，壓強為20?40MPa，燒結時間為10?60min。
[0015]本發明的有益效果:本發明製備碳刷材料的主要成分為具有良好導電性的含鈦納米化合物、碳納米管、石墨以及少量鐵、鈷、鎳金屬，其中含鈦納米化合物具有良好的耐磨性，石墨具有小的摩擦係數，碳納米管賦予碳刷良好的韌性。因此本發明製備的碳刷材料具有優良的導電性、耐磨性和韌性。
【具體實施方式】
[0016]為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實例。[0017]實施例1
[0018]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0019](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管90wt%、活性炭0wt%、納米二氧化鈦2wt%、鐵粉末8wt% ；
[0020](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0021](3)再利用真空熱壓法進行燒結，燒結時腔體內壓力為20Pa，燒結溫度1400°C，壓強為30MPa，燒結時間50min，得到碳刷材料；
[0022](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0023]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.1，電阻率為0.12 μ Ω.m，性能優異。
[0024]實施例2
[0025]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0026](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管20wt%、活性炭60wt%、納米碳化鈦10wt%、鈷粉末 10wt% ；
[0027](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0028](3)再利用放電等離子體進行燒結，燒結時腔體內壓力為28Pa，燒結溫度1600°C，壓強為40MPa，燒結時間30min，得到碳刷材料；
[0029](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0030]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.1，電阻率0.11 μ Ω.m，性能優異。
[0031]實施例3
[0032]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0033](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管90wt%、活性碳0%，納米碳氮化鈦2wt%、鎮粉末 8wt% ；
[0034](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0035](3)再利用放電等離子體進行燒結，燒結時腔體內壓力為50Pa，燒結溫度1500°C，壓強為35MPa，燒結時間lOmin，得到碳刷材料；
[0036](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0037]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.11，電阻率0.13 μ Ω.m，性能優異。
[0038]實施例4
[0039]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0040](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管20wt%、活性炭60wt%、納米碳氮化鈦4wt%、納米碳化鈦4wt%、納米氧化鐵粉末5wt%、納米氧化鎳7wt% ；
[0041](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0042](3)再利用真空熱壓進行燒結，燒結時腔體內壓力為lOPa，燒結溫度1500°C，壓強為35MPa，燒結時間60min，得到碳刷材料；
[0043](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0044]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.11，電阻率0.11 μ Ω.m，性能優異。
[0045]實施例5
[0046]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0047](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管80wt%、活性炭8wt%、納米二氧化鈦2wt%、納米碳化鈦5wt%、納米鐵粉末2wt%、納米鎳粉末2wt%、納米鈷粉末lwt% ；
[0048](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0049](3)再利用放電等離子體進行燒結，燒結時腔體內壓力為25Pa，燒結溫度1400°C，壓強為20MPa，燒結時間30min，得到碳刷材料；
[0050](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0051]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.1，電阻率0.11 μ Ω.m，性能優異。
[0052]實施例6
[0053]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0054](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管50wt%、活性炭30wt%、納米二氧化鈦5wt%、納米碳化鈦5wt%、納米氧化鐵粉末5wt%、納米氧化鎳粉末2wt%、納米氧化鈷粉末3wt%0
[0055](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0056](3)再利用真空熱壓進行燒結，燒結時腔體內壓力為25Pa，燒結溫度1400°C，壓強為20MPa，燒結時間30min，得到碳刷材料；
[0057](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0058]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.12，電阻率0.11 μ Ω.m，性能優異。
[0059]實施例7
[0060]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0061](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管50wt%、活性炭20wt%、納米二氧化鈦5wt%、納米碳化鈦5wt%、鎳粉末20wt%。
[0062](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0063](3)再利用真空熱壓進行燒結，燒結時腔體內壓力為25Pa，燒結溫度1400°C，壓強為20MPa，燒結時間30min，得到碳刷材料；
[0064](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0065]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.12，電阻率0.11 μ Ω.m，性能優異。
[0066]實施例8
[0067]一種電機用碳刷，通過如下步驟製備得到:
[0068](I)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管50wt%、活性炭22wt%、納米二氧化鈦3wt%、納米碳化鈦5wt%、納米氧化鎳粉末20wt%。
[0069](2)將上述各組分混合均勻後壓製成型；
[0070](3)再利用放電等離子進行燒結，燒結時腔體內壓力為25Pa，燒結溫度1300°C，壓強為20MPa，燒結時間30min，得到碳刷材料；
[0071](4)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
[0072]本實施例製備得到的碳刷的摩擦係數為0.11，電阻率0.11 μ Ω.m，性能優異。
[0073]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而並非對實施方式的限制。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電機用碳刷，其特徵在於:由以下質量分數的組分製備而成:碳納米管20?90%、活性炭O?60%、含鈦納米化合物2?10%、金屬粉末或其納米金屬氧化物粉末5?20%。
2.根據權利要求1所述電機用碳刷，其特徵在於，所述含鈦納米化合物為納米二氧化鈦、納米碳化鈦、和碳氮化鈦中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述電機用碳刷，其特徵在於，所述金屬粉末為鐵、鈷和鎳中的一種或幾種。
4.一種電機用碳刷的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)按如下質量分數稱取各組分原料:碳納米管20?90%、活性炭O?60%、含鈦納米化合物2?10%、金屬粉末或其納米金屬氧化物粉末5?20% ； (2)將上述各組分混合均勻後壓製成型，然後進行高溫高壓燒結，得到碳刷材料； (3)將所得碳刷材料經打孔、磨麵、埋線和磨弧製成碳刷。
5.根據權利要求4所述製備方法，其特徵在於，所述含鈦納米化合物:納米二氧化鈦、納米碳化鈦、和碳氮化鈦中的一種或幾種。
6.根據權利要求4所述製備方法，其特徵在於，所述金屬粉末為鐵、鈷和鎳中的一種或幾種。
7.根據權利要求4所述製備方法，其特徵在於，所述高溫高壓燒結為真空熱壓燒結或放電等離子體燒結，燒結的腔體真空度為10?50Pa，燒結的溫度為1300?1600°C，壓強為20?40MPa，燒結的時間為10?60min。
【文檔編號】B22F3/16GK103701004SQ201310632093
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】王升高, 張維, 皮曉強, 李鵬飛, 孔垂雄, 杜祖榮, 王傳新, 汪建華 申請人:武漢工程大學