[發(fā)明專利]一種電刷用碳纖維、二硫化鉬銀基復(fù)合材料及其應(yīng)用方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2011-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102304681A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雷;王新平;周科朝;馬超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C49/14
• 分類號(hào): C22C49/14;C22C47/14;H01R39/20;H01R39/22;C22C101/10
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 袁靖

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種電刷用碳纖維、二硫化鉬銀基復(fù)合材料及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

銀基自潤(rùn)滑復(fù)合材料電刷主要用作航天飛機(jī)、衛(wèi)星、載人飛船、載人空間站等航天器中的電接觸元件，在航空和宇航用儀表系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及電機(jī)、電器及電路裝置部分大量使用，它擔(dān)負(fù)著相對(duì)滑動(dòng)部件的電接通、關(guān)閉以及電信號(hào)和電能傳遞的作用。

電刷在工作過(guò)程中，不斷與旋轉(zhuǎn)的換向器或集電環(huán)表面接觸而流暢地傳導(dǎo)電流，因此要求它必須具備如下特性：電刷材料的摩擦系數(shù)和磨損量小，不研磨或損傷換向器和集電環(huán)，機(jī)械強(qiáng)度大以避免高速旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)引起的破損；潤(rùn)滑性能好，與換向器或集電環(huán)平滑地接觸；電阻系數(shù)小，換向性能好；不產(chǎn)生火花或噪聲，以便盡量延長(zhǎng)使用壽命等。

隨著航天器對(duì)相關(guān)組件使用壽命要求的提高，傳統(tǒng)的銀(銅)-二硫化鉬、銀(銅)-石墨的強(qiáng)度與耐磨性能已經(jīng)不能滿足其使用要求，而碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合電刷材料的出現(xiàn)，及時(shí)地解決了上述問(wèn)題，主要得益于碳纖維材料獨(dú)特的物理與化學(xué)性能：

(1)密度小、質(zhì)量輕，碳纖維的密度為1.5～2g/cm3，相當(dāng)于鋼密度的1/4鋁合金密度的1/2；

(2)熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降，耐驟冷、急熱，即使從幾千攝氏度的高溫突然降到常溫也不會(huì)炸裂；

(3)摩擦系數(shù)小，并具有潤(rùn)滑性；

(4)導(dǎo)電性好，25℃時(shí)高模量碳纖維的比電阻為775mΩ·cm，高強(qiáng)度碳纖維則為1500mΩ·cm；

采用碳纖維作為銀基自潤(rùn)滑材料的磨損強(qiáng)化相，充分利用了碳纖維材料的高化學(xué)穩(wěn)定性、高強(qiáng)度和高彈性模量，及其優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性與自潤(rùn)滑特性，可以同時(shí)提高銀基自潤(rùn)滑復(fù)合材料的強(qiáng)度、摩擦磨損與電接觸性能，使得銀基自潤(rùn)滑材料的使用壽命大幅度提高。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種強(qiáng)度、耐磨性能具最佳配合的電刷用復(fù)合材料及其應(yīng)用方法。

一種電刷用碳纖維、二硫化鉬銀基復(fù)合材料，各組分重量百分比為：Ag-Cu合金粉：87.5-92.5％，特種碳纖維粉：0.5-3.5％，MoS₂粉：7％-9％。

所述的Ag-Cu合金粉中銅含量為2％～5％。

Ag-Cu合金粉、特種碳纖維粉、MoS₂粉的粒徑均為-400目。

所述的特種碳纖維粉為在不低于2000℃條件下，石墨化處理的短切碳纖維。

所述的碳纖維、二硫化鉬銀基復(fù)合材料應(yīng)用于制備電刷；具體包括以下步驟：

(1)混料：

分別將Ag-Cu合金粉、MoS₂粉與特種碳纖維粉干燥，然后按比例稱取混合，將混合粉末放入球磨罐中球磨，獲得混合料；

(2)熱壓：

將混合料裝入熱壓模具內(nèi)，將模具置于熱壓機(jī)中熱壓，在升溫的同時(shí)循序加壓，目標(biāo)熱壓溫度900～930℃，目標(biāo)壓力25MPa，保溫時(shí)間20～25min，熱壓完成后，材料隨爐冷卻，即獲得碳纖維、二硫化鉬銀基復(fù)合材料電刷壓片。

所述的步驟(1)中混料前將Ag-Cu合金粉在120℃下干燥24h，將MoS₂粉與特種碳纖維粉在60℃下干燥24h。

所述的步驟(1)中將混合粉末放入球磨罐中球料比1∶2，以150～250r/min的轉(zhuǎn)速球磨8h。

所述的步驟(2)熱壓過(guò)程中保護(hù)氣氛為氬氣或氮?dú)狻?/p>

本發(fā)明的應(yīng)用方法是以MoS₂粉和Ag-Cu合金粉為主要原料，配以適當(dāng)含量的特種碳纖維粉作為增強(qiáng)相，復(fù)合材料采用惰性氣體保護(hù)熱壓燒結(jié)技術(shù)來(lái)進(jìn)行制備電刷，所得復(fù)合材料中二硫化鉬和特種碳纖維均勻分布于銀基體中，組織結(jié)構(gòu)細(xì)小、致密度高、機(jī)械性能和電學(xué)性能優(yōu)。

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)：

銀基固體自潤(rùn)滑電刷是空間和宇航設(shè)備中相對(duì)滑動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)電接通、關(guān)閉及電傳遞等功能的首選材料，是航空和宇航儀表系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及電機(jī)、電器及電路裝置中的關(guān)鍵電接觸元件，而傳統(tǒng)的銀基電刷磨損量較大會(huì)產(chǎn)生較多的磨屑，磨屑的存在將影響空間機(jī)構(gòu)的使用穩(wěn)定性。本發(fā)明通過(guò)添加特種碳纖維，對(duì)銀基自潤(rùn)滑材料進(jìn)行磨損強(qiáng)化處理，以顯著改善該材料的摩擦磨損性能，提高其應(yīng)用的可靠性。本發(fā)明所得碳纖維、二硫化鉬銀基復(fù)合材料電刷摩擦磨損性能優(yōu)異，其體積磨損率＜5×10^-15m³/N·m，相對(duì)密度＞99％，摩擦系數(shù)0.15～0.25，靜態(tài)接觸電阻＜0.3mΩ，硬度(HB)＞45。

附圖說(shuō)明