本發(fā)明涉及石墨碳刷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高致密度的銅基石墨電機碳刷及其制備方法。

背景技術(shù)：

碳刷是電動機中固定部分和轉(zhuǎn)動部分之間傳遞能量或信號的一類摩擦裝置，是電動機的重要組成部件，是一種石墨和膠粘劑的混合體，由于其主要成分是碳，所以稱為碳刷。碳刷作為導(dǎo)出導(dǎo)入電流的滑動接觸體，要求其具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及潤滑性能，并具有一定的機械強度和換向性火花的性，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機的種類和使用的工況條件越來越多樣化，對碳刷材料的綜合性能要求也越來越高。

按原材料的組成和生產(chǎn)工藝，碳刷材料可分為碳石墨類、電化石墨類、金屬石墨類，其中金屬石墨類碳刷制作周期較短，制作工藝相對簡單，應(yīng)用較為廣泛。傳統(tǒng)的金屬石墨類碳刷主要是鱗片石墨與銅粉、銀粉、錫粉等金屬粉體在粘接劑的作用下混合、壓制、燒結(jié)制備得到，金屬元素的添加可顯著的影響材料的硬度、韌性、導(dǎo)電性以及摩擦性能，金屬的種類和配比是實現(xiàn)材料綜合性能協(xié)調(diào)的關(guān)鍵；除此之外，體系中的粘接劑、功能助劑等原料對碳刷的性能也有重要的影響?！禤b及Sn的添加對高銅碳刷組織結(jié)構(gòu)及性能的影響》一文介紹了Pb、Sn合金元素對含銅碳刷的性能影響，結(jié)果表明，合金元素的對材料的硬度、韌性有一定程度的提高，但是在導(dǎo)電性以及耐磨性上表現(xiàn)較差，材料性能的整體協(xié)調(diào)性較弱，使用效果不佳；有研究報道，納米材料的添加對碳刷的耐磨性有一定的改善作用，比如《碳納米管增強樹脂/石墨碳刷的制備與性能研究》一文引入碳納米管作為改性劑，有效的降低了材料的摩擦系數(shù)，耐磨性能佳，但是其中的環(huán)氧樹脂粘接劑受熱形成的炭化顆粒在摩擦過程中容易脫落，導(dǎo)致表面出現(xiàn)缺陷，加速磨損，長時間工作后導(dǎo)致碳刷性能變差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種高致密度的銅基石墨電機碳刷及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種高致密度的銅基石墨電機碳刷，該碳刷材料由以下重量份的原料制成：碳納米微球1-2、天然鱗片石墨粉10-15、金屬硅微粉2-3、銅粉30-50、鈷鎳合金粉3-5、芳綸漿粕2-5、乙醇（分析純）40-50、硬脂酸0.4-0.5、Tris-HCl緩沖溶液適量、鹽酸多巴胺2-3、去離子水50-60。

所述的一種高致密度的銅基石墨電機碳刷的制備方法包括以下步驟：

（1）先取去離子水投入反應(yīng)容器中，接著加入鹽酸多巴胺，攪拌至其完全溶解后滴加Tris-HCl緩沖溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為8-8.5，得多巴胺溶液備用；

（2）取30-40重量份的多巴胺溶液，加入天然鱗片石墨粉，攪拌混合均勻后靜置36-48h，處理結(jié)束后過濾，產(chǎn)物經(jīng)水洗后干燥，得表面改性的天然鱗片石墨粉備用；

（3）取余量的多巴胺溶液，加入碳納米微球、芳綸漿粕，超聲振蕩分散1-2h后靜置36-48h，處理結(jié)束后過濾，產(chǎn)物經(jīng)水洗后干燥，得表面包覆碳納米微球-聚多巴胺膜層的芳綸漿粕備用；

（4）將上述制備的表面改性天然鱗片石墨粉、表面包覆碳納米微球-聚多巴胺膜層的芳綸漿粕與其它剩余物料球磨混合2-3h后干燥處理，完全干燥后物料在250-300MPa壓力下經(jīng)全自動壓機帶線一次成型，隨后坯體真空高溫?zé)Y(jié)處理，即得所述的碳刷材料。

所述的步驟（4）中坯體真空高溫?zé)Y(jié)條件為：真空度：8-10Pa，燒結(jié)溫度為875-925℃，壓強為5-10MPa，燒結(jié)時間為40-60min。

本發(fā)明制備了一種高致密度的銅基石墨電機碳刷，這種碳刷材料以天然鱗片石墨、銅粉、鈷鎳合金粉、芳綸漿粕等原料復(fù)配后燒結(jié)而成，在制備過程中將天然鱗片石墨、芳綸漿粕利用聚多巴胺進行改性處理，處理后的天然鱗片石墨與其他材料的親和性更高，而芳綸漿粕表面包覆了碳納米微球，獲得了一定的導(dǎo)電性，并利用芳綸漿粕優(yōu)良的抓附力，將各原料牢固結(jié)合，燒結(jié)后獲得了高致密度的材料，制備的復(fù)合銅基碳刷材料具有良好的摩擦性能和強韌性，潤滑性好，不易短路打火，使用壽命更長。

具體實施方式

一種高致密度的銅基石墨電機碳刷，該碳刷材料由以下重量份的原料制成：碳納米微球1、天然鱗片石墨粉10、金屬硅微粉2、銅粉30、鈷鎳合金粉3、芳綸漿粕2、乙醇（分析純）40、硬脂酸0.4、Tris-HCl緩沖溶液適量、鹽酸多巴胺2、去離子水50。

該碳刷材料的制備方法包括以下步驟：

（1）先取去離子水投入反應(yīng)容器中，接著加入鹽酸多巴胺，攪拌至其完全溶解后滴加Tris-HCl緩沖溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為8，得多巴胺溶液備用；

（2）取30重量份的多巴胺溶液，加入天然鱗片石墨粉，攪拌混合均勻后靜置36h，處理結(jié)束后過濾，產(chǎn)物經(jīng)水洗后干燥，得表面改性的天然鱗片石墨粉備用；

（3）取余量的多巴胺溶液，加入碳納米微球、芳綸漿粕，超聲振蕩分散1h后靜置36h，處理結(jié)束后過濾，產(chǎn)物經(jīng)水洗后干燥，得表面包覆碳納米微球聚多巴胺膜層的芳綸漿粕備用；

（4）將上述制備的表面改性天然鱗片石墨粉、表面包覆碳納米微球聚多巴胺膜層的芳綸漿粕與其它剩余物料球磨混合2h后干燥處理，完全干燥后物料在250MPa壓力下經(jīng)全自動壓機帶線一次成型，隨后坯體真空高溫?zé)Y(jié)處理，即得所述的碳刷材料。

其中步驟（4）中坯體真空高溫?zé)Y(jié)條件為：真空度：8Pa，燒結(jié)溫度為900℃，壓強為5MPa，燒結(jié)時間為60min。

制成的碳刷材料根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行性能測試，測試結(jié)果為：

肖式硬度：21.4；彎曲強度：21.7MPa；摩擦系數(shù)：0.10；電阻率：0.16μΩ.m。