專利名稱：網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板及其制造方 法，屬于電力機(jī)車受電弓滑板及其制造的技術(shù)領(lǐng)域。
隨著電氣化鐵路建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，電力機(jī)車運(yùn)行速度的提高，對(duì) 電力機(jī)車受電弓滑板提出了更高的要求，根據(jù)近幾年電力機(jī)車受電弓 滑板應(yīng)用狀況來(lái)分折，國(guó)內(nèi)目前在用的銅基粉末冶金滑板、純碳滑板、 浸金屬碳滑板，存在不少問(wèn)題。銅基粉末冶金滑板以銅合金粉為主要 原材料，經(jīng)粉末冶金工藝加工而成。其優(yōu)點(diǎn)是硬度、耐磨、強(qiáng)度、導(dǎo) 電性能都比較好，其缺點(diǎn)是電網(wǎng)導(dǎo)線磨損大，電網(wǎng)導(dǎo)線使用壽命短， 而且更換電網(wǎng)導(dǎo)線的作業(yè)比較麻煩，成本十分高昂。純碳滑板的優(yōu)點(diǎn) 是對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線減摩性好，耐電弧性好，在使用過(guò)程中，能在接觸網(wǎng) 導(dǎo)線上形成一層碳膜，從而有效地保護(hù)了接觸網(wǎng)導(dǎo)線，另外它還對(duì)無(wú) 線電信號(hào)干擾很小，缺點(diǎn)是自身強(qiáng)度較低，性脆易折斷和掉塊，電阻 率比較大，因此使用壽命短，易引發(fā)弓網(wǎng)事故。浸金屬碳滑板是將普 通碳滑板在高溫高壓下浸漬液態(tài)金屬，使其滲入到碳材料的氣孔中， 在碳基體中形成細(xì)密的金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是接觸電阻小，增強(qiáng)了潤(rùn) 滑性，減少了對(duì)電網(wǎng)導(dǎo)線的磨損，延長(zhǎng)了電網(wǎng)導(dǎo)線的使用壽命，強(qiáng)度、 耐磨性能均較好。缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，燒結(jié)后的碳條塊中經(jīng)常出 現(xiàn)洞孔分布不均勻的現(xiàn)象，進(jìn)而使金屬液無(wú)法均勻地浸入洞孔中，造 成產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)表里不一。
公開(kāi)號(hào)為CN1178745A的發(fā)明專利公開(kāi)了短纖維增強(qiáng)的碳-碳復(fù) 合材料受電弓滑板，以鍍銅碳粉末為基體材料，采用短碳纖維為增強(qiáng) 劑，并采用熱固性樹(shù)脂作為粘接劑，采用濕態(tài)混合或干態(tài)混合的方法， 將原料充分混合，然后進(jìn)行冷壓或熱壓成型，有效解決了滑板本身及 對(duì)電網(wǎng)導(dǎo)線磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，但機(jī)械強(qiáng)度依舊不足，電阻率偏高。
公開(kāi)號(hào)為CN1265429A的發(fā)明專利對(duì)上述發(fā)明專利進(jìn)行了改進(jìn)，
采用連續(xù)長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)碳銅復(fù)，材料受電弓滑板。該發(fā)明采用石墨、 焦炭、炭黑等碳質(zhì)材料以及鉛、錫等金屬和粘接劑等各組分混合造粒，然后對(duì)其鍍銅獲得基體骨料，將原料充分混合進(jìn)行冷壓，在冷壓過(guò)程 中加入連續(xù)長(zhǎng)碳纖維，然后再進(jìn)行熱壓或熱擠壓處理，得到所需滑板。 該滑板雖具有良好的摩擦磨損性能，但沖擊韌性依舊不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足，提供一種網(wǎng)狀燒結(jié)銅-碳 復(fù)合材料受電弓滑板l。該滑板為整體式弧線型滑板，材料的金相組 織呈三維網(wǎng)絡(luò)狀，分布均勻，材料的綜合性能良好，具有良好的力學(xué) 性能、優(yōu)良的導(dǎo)電性能和摩擦磨損性能。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。現(xiàn)結(jié)合


之。 所述的受電弓滑板是由網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料制成的、形狀和大小 符合國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的受電弓滑板，所述的網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù) 合材料由多層平鋪疊合在一起的片狀材料經(jīng)熱壓固化、燒結(jié)制備而 成，片狀材料包括石墨紙2和復(fù)合層3，復(fù)合層3由帶網(wǎng)孔的疏松碳 纖維布和涂布在其上的由石墨粉、銅粉、鈦粉、熱固性樹(shù)脂混合而成 的糊狀膠組成，片狀材料的平鋪疊合次序是多層復(fù)合層3平鋪疊合在 兩張石墨紙2之間。.
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供所述的受電弓滑板的制造方法。為實(shí) 現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。該方法包括五道工序，制胚 制得制備受電弓滑板的胚料；熱壓固化使胚料致密固化；燒結(jié)將 壓制好的胚料進(jìn)行高溫處理；加工成形將燒結(jié)胚料加工成形狀和大 小符合國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的受電弓滑板；和后處理用熱固性樹(shù) 脂密封受電弓滑板內(nèi)的所有微孔，得網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料受電弓 滑板。
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。 一種網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù) 合材料受電弓滑板1的制造方法，其特征在于，包含以下工序 第一道工序制胚
將銅粉、石墨粉、鈦粉和熱固性樹(shù)脂均勻混合成糊狀膠，其中銅
粉、石墨粉和鈦粉的平均粒徑分別為m、 120y m和80 u m，銅粉:石墨粉鈦粉的重量比為40~60:26~40:14~20，粉末熱固性樹(shù)脂的體積 比為1:2~3，熱固性樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂，將糊狀膠涂于帶網(wǎng) 孔的疏松碳纖維布上，刮平，使糊狀膠中的粉料填入到碳纖維布的網(wǎng) 孔和纖維束棱的間隙中，制得復(fù)合層3，將一層層復(fù)合層3平鋪疊合 在一起，直到疊合物的高度達(dá)到所需高度為止，在疊合物的上下兩面 各鋪一張石墨紙2后放入烘干爐中預(yù)烘，預(yù)烘溫度和預(yù)烘時(shí)間分別為 85'C 95'C和2小時(shí)，得網(wǎng)狀碳-銅復(fù)合材料的胚料； 第二道工序熱壓固化
將第一道工序得到的胚料放在熱壓機(jī)上加壓加熱直至固化，加熱 溫度、加壓壓力和加熱時(shí)間分別為160°C~200°C、 35MPa 40MPa禾口 20分鐘 50分鐘，得網(wǎng)狀碳-銅復(fù)合材料的固化胚料；
第三道工序燒結(jié)
將第二道工序得到的固化胚料放進(jìn)炭化爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度和 時(shí)間分別為100(TC 110(TC和IO小時(shí)，得網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料； 第四道工序加工成形
按照國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)第三道工序得到的網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料進(jìn)行機(jī)械加工，得形狀和大小符合國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 的受電弓滑板的半成品；
第五道工序后處理
在5MPa 8MPa的壓力下，對(duì)第四道工序得到的受電弓滑板的半 成品進(jìn)行高壓浸漬熱固性樹(shù)脂，熱固性樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂， 堵掉存于所述的受電弓滑板的半成品內(nèi)的微孔，干燥，得網(wǎng)狀燒結(jié)碳 -銅復(fù)合材料受電弓滑板1。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述的帶網(wǎng)孔的疏松碳纖 維布由碳纖維絲編制而成。采用了編制而成的帶網(wǎng)孔的疏松碳纖維布 后，使得長(zhǎng)纖維束互相編織、互相拉緊，從而使得碳纖維的抗拉作用 得到最大發(fā)揮，從微觀結(jié)構(gòu)上保證制造的受電弓滑板有良好的力學(xué)性 能以及耐磨和減摩性能。粉末進(jìn)入碳纖維布網(wǎng)孔和纖維束棱間隙中， 使其在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)粉末冶金，這就像浸金屬碳滑板一樣，銅粉在碳
6纖維基體中形成細(xì)密的空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率都得 到提高。另外，網(wǎng)狀銅也加固了布層間的作用力。加入鈦粉的目的主 要是提高銅和碳的結(jié)合強(qiáng)度。石墨粉起潤(rùn)滑劑的作用，兩側(cè)最外的石 墨紙起到對(duì)電網(wǎng)導(dǎo)線的潤(rùn)滑作用。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明的網(wǎng)狀燒結(jié)銅-碳復(fù)合材料受電弓滑板既有纖維增強(qiáng)復(fù) 合材料的良好力學(xué)性能，也有碳滑板優(yōu)良的潤(rùn)滑性能和浸金屬碳滑板 的優(yōu)良導(dǎo)電性能，電氣化鐵路的電網(wǎng)導(dǎo)線磨損少，自身磨耗小。
2、 產(chǎn)品內(nèi)外質(zhì)量均勻一致，電阻值穩(wěn)定
本發(fā)明的受電弓滑板內(nèi)外質(zhì)量均勻一致，電阻值穩(wěn)定，是現(xiàn)代高 速鐵路電力機(jī)車所需的理想受電弓滑板。
3、 本發(fā)明的方法對(duì)設(shè)備要求低，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易于 實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

圖1是本發(fā)明的受電弓滑板的正視圖，圖中，1為網(wǎng)狀層壓碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板，A-A處有截面。圖2為位于圖1中的A-A 處的截面圖。圖中，2為石墨紙，3為復(fù)合層。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。所有的實(shí)施例 均按照上述的制備方法的工序進(jìn)行操作，以下的每個(gè)實(shí)施例僅羅列關(guān) 鍵的技術(shù)數(shù)據(jù)。
實(shí)施例1
第一道工序中，熱固性樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂，銅粉石墨粉:鈦粉的重 量比為40:40:20，粉末熱固性樹(shù)脂的體積比為1:2 ， 95'C下預(yù)烘；第 二道工序中，胚料在40MPa的壓力和20(TC的溫度下，熱壓50分鐘； 第三道工序中，燒結(jié)溫度為IIO(TC;第五道工序中，熱固性樹(shù)脂是 酚醛樹(shù)脂，在8MPa的壓力下，對(duì)受電弓滑板的半成品進(jìn)行高壓浸漬
7熱固性樹(shù)脂。
本實(shí)施例制得的網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板的主要技術(shù) 指標(biāo)密度、電阻率、抗壓強(qiáng)度、'抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性分別為
2.03g/cm3、 18.8 u Q m、 122MPa、 74.1MPa和3.2J/cm2。 實(shí)施例2
第一道工序中，熱固性樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂，銅粉石墨粉鈦粉的重 量比為50:34:16，粉末熱固性樹(shù)脂的體積比為1:2.5， 90'C下預(yù)烘； 第二道工序中，胚料在37.5MPa的壓力和180。C的溫度下，熱壓35 分鐘；第三道工序中，燒結(jié)溫度為1050°C;第五道工序中，熱固性 樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂，在6.5MPa的壓力下，對(duì)受電弓滑板的半成品進(jìn)行 高壓浸漬熱固性樹(shù)脂。
本實(shí)施例制得的網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板的主要技術(shù) 指標(biāo)密度、電阻率、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性分別為 2.15g/cm3、 14.3 u q m、 143MPa、 86.4MPa禾卩4.0J/cm2。
實(shí)施例3
第一道工序中，熱固性樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂，銅粉石墨粉:鈦粉的重 量比為60:26:14，粉末:熱固性樹(shù)脂的體積比為1:3 ， 85°〇下預(yù)烘；第 二道工序中，胚料在35MPa的壓力和16(TC的溫度下，熱壓20分鐘； 第三道工序中，燒結(jié)溫度為IOOO'C;第五道工序中，熱固性樹(shù)脂是 環(huán)氧樹(shù)脂，在5MPa的壓力下，對(duì)受電弓滑板的半成品進(jìn)行高壓浸漬 熱固性樹(shù)脂。
本實(shí)施例制得的網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板的主要技術(shù) 指標(biāo)密度、電阻率、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性分別為 2.38g/cm3、 9.6 p q m、 134MPa、 85.0MPa和3.6J/cm2。
權(quán)利要求
1、一種網(wǎng)狀燒結(jié)銅-碳復(fù)合材料受電弓滑板(1)，其特征在于，所述的受電弓滑板是由網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料制成的、形狀和大小符合國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的受電弓滑板，所述的網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料由多層平鋪疊合在一起的片狀材料經(jīng)熱壓固化、燒結(jié)制備而成，片狀材料包括石墨紙(2)和復(fù)合層(3)，復(fù)合層(3)由帶網(wǎng)孔的疏松碳纖維布和涂布在其上的由石墨粉、銅粉、鈦粉、熱固性樹(shù)脂混合而成的糊狀膠組成，片狀材料的平鋪疊合次序是多層復(fù)合層(3)平鋪疊合在兩張石墨紙(2)之間。
2、 權(quán)利要求1所述的網(wǎng)狀燒結(jié)銅-碳復(fù)合材料受電弓滑板(1) 的制造方法，其特征在于，包含以下工序第一道工序制胚將銅粉、石墨粉、鈦粉和熱固性樹(shù)脂均勻混合成糊狀膠，其中銅 粉、石墨粉和鈦粉的平均粒徑分別為8u m、 120 u m和80 u m，銅粉 石墨粉鈦粉的重量比為40 60:26~40:14~20，粉末熱固性樹(shù)脂的體積 比為1:2~3，熱固性樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂，將糊狀膠涂于帶網(wǎng) 孔的疏松碳纖維布上，刮平，使糊狀膠中的粉料填入到碳纖維布的網(wǎng) 孔和纖維束棱的間隙中，制得復(fù)合層(3)，將一層層復(fù)合層(3)平 鋪疊合在一起，直到疊合物的高度達(dá)到所需高度為止，在疊合物的上 下兩面各鋪一張石墨紙(2)后放入烘干爐中預(yù)烘，預(yù)烘溫度和預(yù)烘 時(shí)間分別為85'C 95'C和2小時(shí)，得網(wǎng)狀碳-銅復(fù)合材料的胚料；第二道工序熱壓固化將第一道工序得到的胚料放在熱壓機(jī)上加壓加熱直至固化，加熱 溫度、加壓壓力和加熱時(shí)間分別為160°C 200°C、 35MPa 40MPa和 20分鐘 50分鐘，得網(wǎng)狀碳-銅復(fù)合材料的固化胚料；第三道工序燒結(jié)將第二道工序得到的固化胚料放進(jìn)炭化爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度和 時(shí)間分別為100(TC 110(TC和IO小時(shí)，得網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料； 第四道工序加工成形按照國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)第三道工序得到的網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料進(jìn)行機(jī)械加工，得形狀和大小符合國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 的受電弓滑板的半成品； 第五道工序后處理在5MPa 8MPa的壓力下，對(duì)第四道工序得到的受電弓滑板的半 成品進(jìn)行高壓浸漬熱固性樹(shù)脂，熱固性樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂， 堵掉存于所述的受電弓滑板的半成品內(nèi)的微孔，干燥，得網(wǎng)狀燒結(jié)碳 -銅復(fù)合材料受電弓滑板(1)。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)狀燒結(jié)銅-碳復(fù)合材料受電弓滑板(1) 的制造方法，其特征在于，所述的帶網(wǎng)孔的疏松碳纖維布由碳纖維絲 編制而成。
全文摘要
一種網(wǎng)狀燒結(jié)碳-銅復(fù)合材料受電弓滑板及其制造方法，屬于電力機(jī)車受電弓滑板及其制造的技術(shù)領(lǐng)域。該受電弓滑板是通過(guò)五道工序制坯、熱壓固化、燒結(jié)、加工成形和后處理制成的、由多層片狀材料平鋪疊合的、形狀和大小符合國(guó)家電力機(jī)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的受電弓滑板，片狀材料包括石墨紙和復(fù)合層，復(fù)合層由帶網(wǎng)孔的疏松碳纖維布和涂布在其上的由石墨粉、銅粉、鈦粉、熱固性樹(shù)脂混合而成的糊狀膠組成，片狀材料的平鋪疊合次序是多層復(fù)合層平鋪疊合在兩張石墨紙之間，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能和摩擦磨損性能，特別適于作電力機(jī)車的受電弓滑板。該受電弓滑板的制造方法有對(duì)設(shè)備要求低，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低和易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B60L5/18GK101480927SQ20091004687
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者徐立新, 沈亞強(qiáng), 王彥平, 王良壁, 翁孟超, 邵利峰, 郝相忠, 強(qiáng) 韋 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué);蘭州交通大學(xué)