軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝的製作方法
2023-05-27 06:22:16 1
專利名稱：軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，屬於炭/炭複合材 料技術領域。(二) 背景技術-鐵路的電氣化和高速化已成為世界鐵路運輸發展的趨勢，而受電弓滑板 是電力機車的靈魂部件，滑板質量的優劣對機車的取流狀況有重要的影響。目 前電力機車使用的滑板主要有銅滑板、純碳滑板、粉末冶金滑板和浸金屬碳滑 板。銅滑板導電性能好，機械強度高，取材方便，使用壽命長，成本低，但其 對接觸網導線磨耗大，耐電弧性能差，目前己限制使用；純碳滑板具有自潤滑 性能，對導線磨耗低，並具有良好的接觸穩定性，但其固有電阻大，機械強度 低，質脆，易出現斷裂和掉塊現象，在使用範圍方面也受到很大限制；粉末冶 金滑板一般有鐵基和銅基兩種，其機械強度高，抗衝擊能力強，但對接觸網導 線而言，其並不是理想的材料，最大的缺欠是抗電弧能力差，離線時產生的電 弧經常將滑板燒熔或把網導線燒熔；浸金屬滑板具有較好的導電性能，基本解 決了純碳滑板機械強度低的問題，耐磨性能大為提高，能根本解決網導線磨耗 過快的問題，但其抗衝擊能力不足，易出現掉塊現象，使用過程中需要不斷整 形，而且製備工藝複雜，生產和維護成本都過高。為了解決上述受電弓滑板存在的不足，近年來國內一些科研機構又開始了 以碳基複合材料作為滑板材料的研究， 一部分滑板是以鍍銅石墨為導電基料或 者改性組分，分別以短切碳纖維(不大於8cm)、連續長碳纖維(直徑小於2(Him) 和鍍銅碳纖維作為增強材料來研製滑板材料，雖然均具有較好的機械強度和導 電性能，摩擦磨損性能也較優異，但原料預處理工藝複雜，生產成本較高，大 大降低其市場競爭力。
發明內容本發明的目的在於提出一種軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，利用 該工藝製備的軌道車輛滑板用碳基複合材料導電性能和摩擦磨損性能優良，有 較好機械強度，且生產成本較低。本發明軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，其技術方案如下以石墨、 焦炭粉中的一種或其兩者的混合物作為基體，基體含量佔總組分質量百分比為 30 40%;以銅粉、銅纖維中的一種或其兩者的混合物作為導電組分，導電組 分含量在總組分中所佔的質量百分比為20 30%;以改性酚醛樹脂作為粘結 劑，其在總組分中所佔的質量百分比為15 30%;以短切碳纖維作為增強劑， 其在總組分中所佔的質量百分比為1 5%;以二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉的混 合物作為改性劑；改性劑在總組分中所佔的質量百分比為10 15%。將上述物料採用溼態混合或者幹態混合的方法，將原料充分混合後，進行熱壓使酚醛樹 脂固化成型，得到的製品燒結處理後，再經過緻密化工序即得到碳基滑塊材料。其中，銅粉粒度小於200目，銅纖維長度2 6mm，直徑0.05 0.5mm; 石墨和焦炭粉粒度小於150目；短切碳纖維長度不大於8mm，直徑5 7mm; 改性劑二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉均粒度小於200目。請參閱圖l所示，上述軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，包括如下幾 個步驟(1) 原材料預處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及幾種改性劑放置於乾燥箱內，除去其中的水分，乾燥溫度宜為10(TC，乾燥時間為2 4小時；(2) 混料先將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、 銅纖維和改性劑，最後添加酚醛樹脂製成模壓料；(3) 熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機上加熱加壓，使酚醛樹脂固化成型；壓制壓力為50 100MP，固化溫度為160 170°C，並在該溫度條件下保壓0.5 1小時；(4) 燒結對所壓制的試樣進行燒結處理，燒結溫度為800 900°C,燒結時間為2 4小時； (5)緻密化處理對燒結後的樣品進行緻密化處理有兩種方式， 一種是化學氣相沉積(CVD),另一種是瀝青浸漬後再炭化處理。 其中，化學氣相沉積(CVD)是指將燒結後的樣品放入化學氣相沉積爐內，在900 110(TC溫度下，以甲垸或者丙烷等碳氫氣體作為沉積氣源。通過控制氣體的流向，致使碳氫氣體熱解 產生的碳沉積在樣品的開孔孔隙中，達到緻密的效果。其中，瀝青浸漬後再炭化是指首先，將燒結後的樣品放在一個容器內，通過真空泵抽掉容器內的空氣，隨後通入熔化後的瀝青(中間相瀝青、煤焦油 瀝青等)，使其把燒結後的樣品覆蓋，接著通入氮氣使容器壓力達到一個大氣 壓，利用熔化瀝青的流動性使瀝青浸漬填充到樣品內開孔孔隙中。其次，對浸漬了瀝青的樣品進行炭化處理把樣品放入真空炭化爐內，在真空狀態下，以1(TC/h的升溫速度，升溫到1000 1100°C，並保溫2 4小時。 其中，該改性劑是由二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉混合製成。本發明的優點及功效在於利用該工藝製備的軌道車輛用碳基滑塊材料具 有優異的導電性能和摩擦磨損性能，而且具有良好的彎曲強度和較低的生產成 本，是一種綜合性能優良的滑板材料。
圖1是本發明軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝流程圖。單位說明。C :攝氏度。C/h:攝氏度/小時MP:兆帕g/cm3:克/立方釐米Q.m:歐-米微米mm:毫米wt%:質量百分比 具體實施方式
-本發明一種軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，包括如下幾個步驟(1) 原材料預處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及幾種改性劑放置於 乾燥箱內，除去其中的水分，乾燥溫度宜為10(TC，乾燥時間為2 4小時；(2) 混料先將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、 銅纖維和改性劑，最後添加酚醛樹脂製成模壓料；(3) 熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機上加熱加壓，使酚 醛樹脂固化成型；壓制壓力為50 100MP，固化溫度為160 170°C，並在該 溫度條件下保壓0.5 1小時；(4) 燒結對所壓制的試樣進行燒結處理，燒結溫度為800 900°C，燒 結時間為2 4小時；(5) 緻密化處理對燒結後的樣品進行緻密化處理有兩種方式， 一種是 化學氣相沉積(CVD),另一種是瀝青浸漬後再炭化處理。其中，化學氣相沉積(CVD)是指將燒結後的樣品放入化學氣相沉積爐內，在900 1100'C溫度下，以甲烷 或者丙烷等碳氫氣體作為沉積氣源。通過控制氣體的流向，致使碳氫氣體熱解 產生的碳沉積在樣品的開孔孔隙中，達到緻密的效果。其中，瀝青浸漬後再炭化是指首先，將燒結後的樣品放在一個容器內，通過真空泵抽掉容器內的空氣，隨後通入熔化後的瀝青(中間相瀝青、煤焦油 瀝青等)，使其把燒結後的樣品覆蓋，接著通入氮氣使容器壓力達到一個大氣 壓，利用熔化瀝青的流動性使瀝青浸漬填充到樣品內開孔孔隙中。其次，對浸漬了瀝青的樣品進行炭化處理把樣品放入真空炭化爐內，在真空狀態下，以10。C/h的升溫速度，升溫到1000 1100°C，並保溫2 4小時。其具體實施方式
如下 實施例一碳基複合材料含石墨15wt%，焦炭粉25wtQ/。，銅粉20wtn/。，銅纖維5wt%， 碳纖維3wt%， 二硫化鉬3wt°/。，氧化鋁4wt%，玻璃粉5wty。和酚醛樹脂20wt%， 採用幹態混合方式，混合均勻後，首先在80MP成型壓力和165t溫度下熱壓30分鐘；接著將製得的樣品在80(TC的溫度下燒結2小時；最後將燒結後的樣 品放入化學氣相沉積爐內，以丙烷作為沉積氣源，IOOO'C溫度下沉積IO小時。 製成的滑板密度為2.20g/cm3，電阻率為4.9x10—6Qtii，彎曲強度為70MP,摩 擦係數為0.15。實施例二碳基複合材料含石墨20wt%，焦炭粉15wt%，銅粉15wt%，銅纖維10wt%， 碳纖維5wt%， 二硫化鉬3wt%，氧化鋁5wt%，玻璃粉5wtQ/。和酚醛樹脂22wt%， 採用幹態混合方式，混合均勻後，首先在IOOMP成型壓力和165'C溫度下熱壓 l小時;接著將製得的樣品在800'C的溫度下燒結2小時；最後將燒結後的樣 品放入化學氣相沉積爐內，以丙烷作為沉積氣源，IOO(TC溫度下沉積IO小時。 製得的滑板密度為2.31g/cm3，電阻率為4.0xl(T6Q.m，彎曲強度為85MP,摩 擦係數為0.08。實施例三-碳基複合材料含石墨15wt%，焦炭粉15wt。/。，銅粉20wt。/。，碳纖維5wtn/。， 二硫化鉬5wt。/。，氧化鋁5wt。/。，玻璃粉5wt。/。和酚醛樹脂30wt°/。，採用幹態混 合方式，混合均勻後，首先在60MP成型壓力和165"溫度下熱壓1小時；接 著將製得的樣品在80(TC的溫度下燒結2小時；最後將燒結後的樣品在一個大 氣壓下浸漬中間相瀝青2小時後，以10°C/h的升溫速度升到IIO(TC，並保溫2 小時。製得的滑板密度為2.25g/cm3，電阻率為9.5xl0—6am，彎曲強度為62MP， 摩擦係數為0.13。
權利要求
1、一種軌道車輛用碳基滑塊材料，其特徵在於以石墨、焦炭粉中的一種或其兩者的混合物作為基體，基體含量佔總組分質量百分比為30～40％；以銅粉、銅纖維中的一種或其兩者的混合物作為導電組分，導電組分含量在總組分中所佔的質量百分比為20～30％；以改性酚醛樹脂作為粘結劑，其在總組分中所佔的質量百分比為15～30％；以短切碳纖維作為增強劑，其在總組分中所佔的質量百分比為1～5％；以二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉的混合物作為改性劑；改性劑在總組分中所佔的質量百分比為10～15％。
2、 根據權利要求1所述的軌道車輛用碳基滑塊材料，其特徵在於銅粉 粒度小於200目，銅纖維長度2 6mm，直徑0.05 0.5mm;石墨和焦炭粉粒 度小於150目；短切碳纖維長度不大於8mm，直徑5 7mm;改性劑二硫化鉬、 氧化鋁和玻璃粉均粒度小於200目。
3、 一種軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，其特徵在於該工藝包括以下幾個步驟(1) 原材料預處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及幾種改性劑放置於乾燥箱內，除去其中的水分，乾燥溫度宜為10(TC，乾燥時間為2 4小時；(2) 混料先將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、 銅纖維和改性劑，最後添加酚醛樹脂製成模壓料；(3) 熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機上加熱加壓，使酚醛樹脂固化成型；壓制壓力為50 100MP，固化溫度為160 170°C，並在該溫度 條件下保壓0.5 1小時；(4) 燒結對所壓制的試樣進行燒結處理，燒結溫度為800 900°C,燒 結時間為2 4小時；(5) 緻密化處理對燒結後的樣品進行緻密化處理有兩種方式， 一種是化學氣相沉積，另一種是瀝青浸漬後再炭化處理。
4、 根據權利要求3所述的軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，其特徵在 於該製備工藝步驟(5)中所述的化學氣相沉積，是將燒結後的樣品放入化學氣相沉積爐內，在900 1100'C溫度下，以甲烷或者丙垸等碳氫氣體作為沉積 氣源；通過控制氣體的流向，致使碳氫氣體熱解產生的碳沉積在樣品的開孔孔 隙中，達到緻密的效果。
5、 根據權利要求3所述的軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，其特徵在 於該製備工藝步驟(5)中所述的瀝青浸漬後再炭化為(1)將燒結後的樣品 放在一個容器內，通過真空泵抽掉容器內的空氣，隨後通入熔化後的瀝青，使 其把燒結後的樣品覆蓋，接著通入氮氣使容器壓力達到一個大氣壓，利用熔化 瀝青的流動性使瀝青浸漬填充到樣品內開孔孔隙中；(2)對浸漬了瀝青的樣品進行炭化處理把樣品放入真空炭化爐內，在真空狀態下，以l(TC/h的升溫速度，升溫到1000 1100°C，並保溫2 4小時。
6、 根據權利要求3所述的軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，其特徵 在於該改性劑是由二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉混合而成。
全文摘要
本發明一種軌道車輛用炭基滑塊材料的製備工藝，其包括以下步驟(1)原材料預處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及改性劑置於乾燥箱內，除去其水分，乾燥溫度為100℃，乾燥時間為2～4小時；(2)混料將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、銅纖維和改性劑，最後添加酚醛樹脂製成模壓料；(3)熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機上加熱加壓，使固化成型；壓制壓力為50～100MP，固化溫度為160～170℃，在該溫度條件下保壓0.5～1小時；(4)燒結對壓制的試樣燒結處理，溫度為800～900℃，時間為2～4小時；(5)緻密化處理主要有兩種方式，一種是化學氣相沉積，另一種是瀝青浸漬後再炭化處理。
文檔編號H01B1/06GK101165819SQ20071012176
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月13日 優先權日2007年9月13日
發明者孫軍傑, 李密丹, 羅瑞盈 申請人:北京航空航天大學