[發(fā)明專利]軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710121765.0
• 申請日: 2007-09-13
• 公開（公告）號: CN101165819A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅瑞盈;李密丹;孫軍杰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H01B1/06
• 分類號: H01B1/06;H01B1/22;B60L5/38;C04B35/76;C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，屬于炭/炭復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)：

鐵路的電氣化和高速化已成為世界鐵路運(yùn)輸發(fā)展的趨勢，而受電弓滑板是電力機(jī)車的靈魂部件，滑板質(zhì)量的優(yōu)劣對機(jī)車的取流狀況有重要的影響。目前電力機(jī)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(dǎo)電性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，取材方便，使用壽命長，成本低，但其對接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗大，耐電弧性能差，目前已限制使用；純碳滑板具有自潤滑性能，對導(dǎo)線磨耗低，并具有良好的接觸穩(wěn)定性，但其固有電阻大，機(jī)械強(qiáng)度低，質(zhì)脆，易出現(xiàn)斷裂和掉塊現(xiàn)象，在使用范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(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)，但對接觸網(wǎng)導(dǎo)線而言，其并不是理想的材料，最大的缺欠是抗電弧能力差，離線時產(chǎn)生的電弧經(jīng)常將滑板燒熔或把網(wǎng)導(dǎo)線燒熔；浸金屬滑板具有較好的導(dǎo)電性能，基本解決了純碳滑板機(jī)械強(qiáng)度低的問題，耐磨性能大為提高，能根本解決網(wǎng)導(dǎo)線磨耗過快的問題，但其抗沖擊能力不足，易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，使用過程中需要不斷整形，而且制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)和維護(hù)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(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)又開始了以碳基復(fù)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(dǎo)電基料或者改性組分，分別以短切碳纖維(不大于8cm)、連續(xù)長碳纖維(直徑小于20μm)和鍍銅碳纖維作為增強(qiáng)材料來研制滑板材料，雖然均具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能，摩擦磨損性能也較優(yōu)異，但原料預(yù)處理工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，大大降低其市場競爭力。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提出一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，利用該工藝制備的軌道車輛滑板用碳基復(fù)合材料導(dǎo)電性能和摩擦磨損性能優(yōu)良，有較好機(jī)械強(qiáng)度，且生產(chǎn)成本較低。

本發(fā)明軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，其技術(shù)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，基體含量占總組分質(zhì)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(dǎo)電組分，導(dǎo)電組分含量在總組分中所占的質(zhì)量百分比為20～30％；以改性酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，其在總組分中所占的質(zhì)量百分比為15～30％；以短切碳纖維作為增強(qiáng)劑，其在總組分中所占的質(zhì)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占的質(zhì)量百分比為10～15％。將上述物料采用濕態(tài)混合或者干態(tài)混合的方法，將原料充分混合后，進(jìn)行熱壓使酚醛樹脂固化成型，得到的制品燒結(jié)處理后，再經(jīng)過致密化工序即得到碳基滑塊材料。

其中，銅粉粒度小于200目，銅纖維長度2～6mm，直徑0.05～0.5mm；石墨和焦炭粉粒度小于150目；短切碳纖維長度不大于8mm，直徑5～7mm；改性劑二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉均粒度小于200目。

請參閱圖1所示，上述軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，包括如下幾個步驟：

(1)原材料預(yù)處理：將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及幾種改性劑放置于干燥箱內(nèi)，除去其中的水分，干燥溫度宜為100℃，干燥時間為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，最后添加酚醛樹脂制成模壓料；

(3)熱壓成型：將模壓料放入模具中，在熱壓成型機(jī)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℃，并在該溫度條件下保壓0.5～1小時；

(4)燒結(jié)：對所壓制的試樣進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為800～900℃，燒結(jié)時間為2～4小時；

(5)致密化處理：對燒結(jié)后的樣品進(jìn)行致密化處理有兩種方式，一種是化學(xué)氣相沉積(CVD)，另一種是瀝青浸漬后再炭化處理。

其中，化學(xué)氣相沉積(CVD)是指：

將燒結(jié)后的樣品放入化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，在900～1100℃溫度下，以甲烷或者丙烷等碳?xì)錃怏w作為沉積氣源。通過控制氣體的流向，致使碳?xì)錃怏w熱解產(chǎn)生的碳沉積在樣品的開孔孔隙中，達(dá)到致密的效果。

其中，瀝青浸漬后再炭化是指：首先，將燒結(jié)后的樣品放在一個容器內(nèi)，通過真空泵抽掉容器內(nèi)的空氣，隨后通入熔化后的瀝青(中間相瀝青、煤焦油瀝青等)，使其把燒結(jié)后的樣品覆蓋，接著通入氮?dú)馐谷萜鲏毫_(dá)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(nèi)開孔孔隙中。其次，對浸漬了瀝青的樣品進(jìn)行炭化處理：把樣品放入真空炭化爐內(nèi)，在真空狀態(tài)下，以10℃/h的升溫速度，升溫到1000～1100℃，并保溫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制成。