一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交通運(yùn)輸車(chē)輛配件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]受電弓滑板是電力機(jī)車(chē)從供電接觸網(wǎng)獲取電能的關(guān)鍵部件，安裝在受電弓的最上部，直接與接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)相接觸；受電弓滑板在自然環(huán)境中工作，并且在運(yùn)行中與接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)不斷產(chǎn)生摩擦和沖擊，受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)的關(guān)系構(gòu)成一對(duì)機(jī)械與電氣耦合的特殊摩擦副，因此對(duì)選用材料的綜合性能有嚴(yán)格的要求。
[0003]作為電力機(jī)車(chē)從接觸網(wǎng)上輸入電能的關(guān)鍵部件即受電弓滑板在制備技術(shù)的改進(jìn)和性能的改善等方面仍沒(méi)有得到很好地解決，國(guó)內(nèi)使用的受電弓滑板大多依賴(lài)進(jìn)口，急需開(kāi)發(fā)出符合實(shí)際使用工況的、性能優(yōu)異的電接觸滑動(dòng)材料。
[0004]滑板按材質(zhì)主要分為金屬基滑板和炭系滑板兩大類(lèi)，金屬基滑板包括純金屬滑板和粉末冶金滑板；炭系滑板包括純炭滑板和滲金屬炭滑板，其中，純金屬滑板由于和接觸導(dǎo)線(xiàn)材質(zhì)相近，親和力強(qiáng)，對(duì)接觸導(dǎo)線(xiàn)磨耗十分嚴(yán)重，目前已淘汰；粉末冶金滑板分為鐵基和銅基兩種，鐵基適用于鋼鋁接觸導(dǎo)線(xiàn)，銅基適用于銅接觸導(dǎo)線(xiàn)，粉末冶金滑板機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊性能較好，電阻率低，有一定的自潤(rùn)滑性，自身耐磨性好，使用壽命較長(zhǎng)，一般可達(dá)3.5-7萬(wàn)公里，目前被廣泛采用，但是，由于粉末冶金滑板的基材仍是金屬體，與接觸導(dǎo)線(xiàn)材質(zhì)類(lèi)似，粉末冶金滑板對(duì)接觸導(dǎo)線(xiàn)磨耗仍十分嚴(yán)重；純炭滑板的最大優(yōu)點(diǎn)是自潤(rùn)滑性能優(yōu)良，對(duì)接觸導(dǎo)線(xiàn)磨損小，炭滑板滑動(dòng)時(shí)電磁噪聲小，且耐高溫，耐弧性強(qiáng)，不易和接觸導(dǎo)線(xiàn)發(fā)生焊附現(xiàn)象，但是炭滑板機(jī)械強(qiáng)度低，耐沖擊性差，運(yùn)行中遇到導(dǎo)線(xiàn)硬點(diǎn)易折斷和破碎，炭滑板固有電阻大，接觸溫度高，有可能引起導(dǎo)線(xiàn)過(guò)熱氧化，加速導(dǎo)線(xiàn)磨耗；浸金屬炭滑板具有純炭滑板對(duì)導(dǎo)線(xiàn)磨耗小和耐弧性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度比純炭滑板均有所提高，但是，浸金屬炭滑板的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是抗沖擊強(qiáng)度有待進(jìn)一步提高。
[0005]根據(jù)資料檢索，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1178745A公開(kāi)了一種炭-炭復(fù)合材料受電弓滑板，采用炭纖維增強(qiáng)炭基復(fù)合材料制造電力機(jī)車(chē)受電弓滑板，以鍍銅碳粉為基體材料，采用短纖維作為增強(qiáng)劑，熱固性樹(shù)脂作為粘接劑，將原料混合進(jìn)行冷壓和熱壓，使熱固性樹(shù)脂固化成型，這種受電弓滑板材料摩擦磨損性能好，但是機(jī)械強(qiáng)度不高；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN101049803A采用針刺無(wú)瑋布準(zhǔn)三向結(jié)構(gòu)預(yù)制體，通過(guò)化學(xué)氣相沉積熱解炭，樹(shù)脂浸漬-炭化反復(fù)致密處理數(shù)次，制的密度多1.70g/cm3的電力機(jī)車(chē)受電弓滑板材料，這種滑板雖然密度小，質(zhì)量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，但是電阻率較大，自潤(rùn)滑能力不強(qiáng)，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)磨損較為嚴(yán)重；中國(guó)專(zhuān)利CN 101830723A采用高殘?zhí)康臉?shù)脂溶液中加入硼催化劑和分散劑，再將其浸漬于炭纖維編織體中，之后經(jīng)過(guò)加壓固化處理和常壓炭化處理，最后進(jìn)行高溫石墨化處理，制得的受電弓滑板雖然具有良好的摩擦性能和導(dǎo)電性能，但是采用純樹(shù)脂致密炭纖維編織體，經(jīng)過(guò)高溫處理由于樹(shù)脂收縮會(huì)出現(xiàn)大量孔隙，使滑板整體強(qiáng)度下降，另外，樹(shù)脂炭是硬炭，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的磨損量較大，不利于保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種工藝簡(jiǎn)單、致密效果好、機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好、抗摩擦磨損且具有自潤(rùn)滑能力的使用性能優(yōu)異的電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
步驟一:采用炭纖維針刺體或炭纖維編織體作為預(yù)制體材料，預(yù)制體密度控制在0.18g/cm3-0.80g/cm3。
[0008]步驟二:將步驟一中采用的預(yù)制體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積致密，采用丙烯或天然氣作為碳源氣體，氣體流量為0.5m3/h-5.0m3A,當(dāng)預(yù)制體密度彡1.lOg/cm3時(shí)轉(zhuǎn)入下道致密工序。
[0009]步驟三:將樹(shù)脂與石墨粉、銅粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量為0.5wt%-15wt %，銅粉含量為0.1 wt%-15 wt %，余量為樹(shù)脂，攪拌均勾。
[0010]步驟四:將步驟三中樹(shù)脂與石墨粉、銅粉混合物浸漬于步驟二致密后的預(yù)制體內(nèi)，并進(jìn)行固化、炭化處理，在壓力為1.0MPa-5.0MPa下進(jìn)行浸漬2h_10h后，然后在固化爐內(nèi)固化處理，出爐后轉(zhuǎn)炭化爐炭化處理，反復(fù)浸漬、固化、炭化處理數(shù)次，至預(yù)制體密度多1.60g/cm3時(shí)轉(zhuǎn)入下道致密工序。
[0011]步驟五:將步驟四致密后的預(yù)制體轉(zhuǎn)高溫石墨化爐內(nèi)進(jìn)行高溫石墨化處理，在升溫速率為5°C /h-200°C /h的條件下升溫至1600°C _2500°C，然后保溫2h_4h進(jìn)行高溫石墨化處理，自然冷卻。
[0012]步驟六:將步驟五高溫石墨化處理后的制品再次進(jìn)行樹(shù)脂與石墨粉、銅粉混合物浸漬、固化、炭化處理，在壓力為1.0MPa-5.0MPa下進(jìn)行浸漬2h_10h后，然后在固化爐內(nèi)固化處理，出爐后轉(zhuǎn)炭化爐炭化處理。
[0013]步驟七:將步驟六出爐的制品經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后，制得電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板。
[0014]上述的一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法，步驟一中所述的炭纖維針刺體包括PAN基1K-24K炭布(包括平紋布、斜紋布和緞紋布)與PAN基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預(yù)制體、PAN基無(wú)瑋布與PAN基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預(yù)制體、PAN基全短纖維網(wǎng)胎鋪層針刺預(yù)制體、粘膠基1K-24K炭布(包括平紋布、斜紋布和緞紋布)與粘膠基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預(yù)制體、粘膠基無(wú)瑋布與粘膠基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預(yù)制體、粘膠基全短纖維網(wǎng)胎鋪層針刺預(yù)制體、瀝青基1K-24K炭布(包括平紋布、斜紋布和緞紋布)與瀝青基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預(yù)制體、瀝青基無(wú)瑋布與瀝青基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預(yù)制體和瀝青基全短纖維網(wǎng)胎鋪層針刺預(yù)制體。
[0015]上述的一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法，步驟一中所述的炭纖維編織體包括炭纖維(PAN基、粘膠基和瀝青基)3-9向編織預(yù)制體，(PAN基、粘膠基和瀝青基)炭布穿刺預(yù)制體。
[0016]上述的一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法，步驟二中所述的化學(xué)氣相沉積致密工藝，升溫速率為5°C /h-200°C /h,沉積溫度為840°C -1200°C，沉積時(shí)間為 50h-300ho
[0017]上述的一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法，步驟三中所述的樹(shù)脂包括酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和糠酮樹(shù)脂。
[0018]上述的一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法，步驟四中所述的固化溫度為140°C -240°C，炭化溫度為700°C -1200°C。
[0019]上述的一種電力機(jī)車(chē)用炭/炭-石墨/銅受電弓滑板的制備方法，步驟六中所述的固化溫度為140°C -240°C，炭化溫度為700°C -1200°C。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、與傳統(tǒng)電力機(jī)車(chē)受電弓滑板的制備技術(shù)相比，本發(fā)明采用炭纖維作為骨架，熱解炭基體、樹(shù)脂炭基體、石墨粉和銅粉作為增強(qiáng)體的炭/炭-石墨/銅復(fù)合材料受電弓滑板，其壓縮強(qiáng)度彡350MPa，彎曲強(qiáng)度彡260MPa，剪切強(qiáng)度彡lOOMPa，沖擊韌性彡2.5J/cm2，電阻率^ 12.0 μ Ω.πι，磨損率彡12.0mm/10000km，因此，具有高的力學(xué)性能，良好的導(dǎo)電性能和低磨損率等優(yōu)點(diǎn)。
[0021]2、本發(fā)明步驟三中，采用將銅粉和石墨粉與樹(shù)脂混合浸漬、固化/炭化的致密技術(shù)，利用銅的高導(dǎo)電性能，加入銅粉更進(jìn)一步的降低滑板材料的電阻率，且該技術(shù)與