[發(fā)明專利]一種金屬型C/C復合材料碳滑條的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510909260.5
• 申請日: 2015-12-09
• 公開（公告）號: CN105481413A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 肖鵬;逯雨海;方華嬋
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/76;C04B35/84;C04B35/622;B60L5/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種金屬型C/C復合材料碳滑條的制備方法，屬于電力機車用材料制備技術 領域。

背景技術

電力牽引的高速列車是通過受電弓碳滑板上的碳滑條與接觸網導線摩擦接觸，將電網上 的電流傳輸給機車電力系統(tǒng)，從而供給高速列車動力，維持機車正常運行的。

目前，廣泛使用的碳滑條除純碳材料外，還有一種浸金屬型碳滑條。浸金屬碳滑條比純 碳滑條的工況更為苛刻，應具有更低的電阻率，動車組碳滑板暫行技術條件TJ/CL328-2014 規(guī)定其電阻率應≤12μΩ·m。

碳滑板在使用過程中，通過的電流高達500A，會出現發(fā)熱的現象。當滑板溫度過高時， 會造成粘結面開裂，滑板不能有效將電流傳遞給電力機車，嚴重時，碳滑條直接從滑板上脫 落，刮壞網線，嚴重威脅行車安全。因此，優(yōu)異的碳滑條應具有高的熱容量。

為確保電力機車的安全和可靠，金屬型碳滑條應具備低電阻率、高熱容量和低成本。目 前，專利申請?zhí)?2138492.4“電力機車受電弓用碳纖維增強碳滑板及其制造方法”公開了一 種以石墨、銅粉為填料，短碳纖維為增強材料，采用模壓工藝生產碳滑條的方法，材料的電 阻率偏高，為8～12.8μΩ·m。200910046875.4“網狀燒結碳-銅復合材料受電弓滑板及其制造 方法”將銅粉、石墨粉、鈦粉等與樹脂混合，涂覆于碳纖維布上，經熱壓固化、燒結等工序 制備了碳滑條，其電阻率為9.6～18.8μΩ·m。專利申請?zhí)?01310111822.2“一種受電弓滑板 用復合材料及其制備方法”公開了一種采用碳纖維與銅絲的三維編織體，經化學氣相沉積和 樹脂浸漬-碳化工藝制備的碳滑條，電阻率為5.7～8.1μΩ·m。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有金屬型碳纖維滑板電阻率大、工藝成本高的問題， 提供一種便于工業(yè)化應用的、低電阻率的、低成本的、高熱容量的金屬型C/C復合材料碳滑 條的制備方法。

本發(fā)明一種金屬型C/C復合材料碳滑條的制備方法，包括下述步驟：

步驟一

將單層0°無緯炭布，炭纖維網胎、石墨粉、銅材、單層90°無緯炭布、炭纖維網胎、石 墨粉、銅材、單層0°無緯炭布依次循環(huán)疊加后，采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引 入炭纖維束制成密度為0.6～2.6g/cm³的2.5D炭纖維針刺整體氈；所述銅材選自銅粉、銅網、 短銅絲中的一種，所述2.5D炭纖維針刺整體氈中，石墨粉的質量百分含量為1％～10％；銅材 的質量百分含量為20-90％、優(yōu)選為25-75％，進一步優(yōu)選為50-75％；

步驟二

以步驟一所得2.5D炭纖維針刺整體氈為框架，對框架進行化學氣相沉積熱解碳處理；得 到C/C-Cu復合材料；所述C/C-Cu復合材料的密度為框架密度的1.5-2.2倍、優(yōu)選為1.5-1.8 倍，進一步優(yōu)選為1.5-1.6倍；

步驟三

按設計滑條的尺寸，對步驟二所得C/C-Cu復合材料進行機械加工，并預留加工余量后進 行聚合物浸漬-炭化處理，得到成品；所述成品密度為步驟二所的C/C-Cu復合材料密度的1.02- 1.15倍、優(yōu)選為1.04-1.12倍，進一步優(yōu)選為1.10-1.12倍。

本發(fā)明步驟一中，所使用的石墨粉為鱗片石墨或顆粒石墨，所述石墨粉的粒度小于等于 150微米，優(yōu)選為38-150微米、進一步優(yōu)選為50-150微米。

本發(fā)明步驟一中，所使用的銅粉為紫銅粉、銅合金粉，粒度為100～325目，所使用銅網 的目數為20～100目、銅網所用絲的直徑為0.05～0.2mm、銅網的材質選自紫銅、磷青銅、黃 銅中的一種，所使用短銅絲的直徑為0.05～0.2mm，長度為2～20mm，短銅絲的材質選自紫銅、 磷青銅、黃銅中的一種。

本發(fā)明步驟二中，化學氣相沉積熱解碳處理的條件參數為：

碳源氣體選自丙烯、天然氣、甲烷中的至少一種；

稀釋氣體選自氮氣、氫氣中的至少一種；

碳源氣體和稀釋氣體的體積比為08.-1.2:2.8-3.2、優(yōu)選為1:3。

本發(fā)明步驟三中，聚合物浸漬-炭化處理所用聚合物浸漬液為樹脂溶液。優(yōu)選為瀝青和呋 喃樹脂組成的混合溶液或呋喃樹脂溶液。