專利名稱：電刷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電機(jī)設(shè)備，尤其是關(guān)于一種電刷及其制備方法。
背景技術(shù)：
電刷用于電機(jī)的換向器或集電環(huán)等帶電體上，特別是用于與一旋轉(zhuǎn)體電導(dǎo)通，作為導(dǎo)出或?qū)腚娏鞯幕瑒?dòng)接觸體。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的種類和使用的工況條件越來(lái)越多樣化，因而需要有各種不同結(jié)構(gòu)的電刷來(lái)滿足這些要求，故電刷的種類也隨著電機(jī)工業(yè)的發(fā)展而越來(lái)越多。
與大多數(shù)金屬或非金屬材料相比較，石墨材料的熱穩(wěn)定性很高，具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，熱膨脹系數(shù)又比較低，與大多數(shù)酸堿及鹽類溶液都為惰性反應(yīng)。另外，石墨材料還有自潤(rùn)滑性能，與金屬部件磨擦?xí)r，在沒(méi)有潤(rùn)滑劑的條件下仍可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，石墨、定型碳被廣泛應(yīng)用于電刷制備中。有的電刷是以無(wú)定型碳為原料，向該原料中添加粘合劑混合后在高壓下燒結(jié)，通入電流使其石墨化，再加載導(dǎo)線而成。
但是，上述電刷的制備需經(jīng)過(guò)坯料提純、混合、高壓燒結(jié)、通電石墨化、切割等一系列步驟，制程復(fù)雜。并且，完成所述制程大概需7～8周時(shí)間，耗時(shí)較長(zhǎng)，工業(yè)作業(yè)效率低。
另外，由于石墨材料自己的缺點(diǎn)，如質(zhì)脆和不抗沖擊，且因其層狀結(jié)構(gòu)而使其耐磨性不佳，故其使用壽命短，在具體使用時(shí)常需更換而造成不便。
有鑒于此，提供一種使用壽命長(zhǎng)且易于制備的電刷及其制備方法實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以實(shí)施例說(shuō)明一種使用壽命長(zhǎng)且易于制備的電刷及其制備方法。
一種電刷，其包括一個(gè)導(dǎo)電基體；及形成在該導(dǎo)電基體表面的多個(gè)碳納米管。
以及，一種電刷制備方法，其包括提供一個(gè)導(dǎo)電基體；在所述導(dǎo)電基體表面上形成多個(gè)碳納米管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述電刷選用碳納米管與帶電體直接接觸，由于碳納米管形成一個(gè)遇到外力可彎曲的柔性部件，避免與所述帶電體表面的正面摩擦，且可削減該摩擦作用力，延長(zhǎng)電刷的使用壽命；同時(shí)，碳納米管自身具有極強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨耗性，不易磨損及破碎，從而電刷整體耐磨耗性大大增強(qiáng)，進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用壽命。
所述電刷制備方法工藝簡(jiǎn)單，易于制備，并且在時(shí)間方面，2～3天即可制成，耗時(shí)較短，可提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的電刷的示意圖。
圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例中電刷制備方法流程圖。
圖3(a)是本發(fā)明較佳實(shí)施例中形成催化劑層的示意圖。
圖3(b)是本發(fā)明較佳實(shí)施例中形成催化劑顆粒的示意圖。
圖3(c)是本發(fā)明較佳實(shí)施例中生長(zhǎng)碳納米管的示意圖。
圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例中使用電刷導(dǎo)電的示意圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例的電刷1包括一個(gè)導(dǎo)電基體2，具有一個(gè)接觸端面21及一個(gè)傳導(dǎo)端面22；及多個(gè)碳納米管3，位于接觸端面21上。
所述電刷1還包括一條導(dǎo)線4，該導(dǎo)線4與傳導(dǎo)端面22電導(dǎo)通；及一個(gè)彈簧5，該彈簧5一端固接在傳導(dǎo)端面22上，所述導(dǎo)線4被收容在該彈簧5內(nèi)部，優(yōu)選的，該彈簧5與導(dǎo)電基體2及導(dǎo)線4電絕緣。彈簧5也可使用其它彈性體代替，如各種樹(shù)脂空心圈、樹(shù)脂板等。
所述導(dǎo)電基體2可為圓柱形、棱柱形、圓臺(tái)形、棱臺(tái)形、正方體、長(zhǎng)方體、多面體等形狀。本實(shí)施例中，將導(dǎo)電基體4制作成正方體。
所述接觸端面21形狀和所述傳導(dǎo)端面22形狀可為平面、內(nèi)凹弧形、外凸弧形等，本實(shí)施例中，接觸端面21和傳導(dǎo)端面22均為平面。
所述導(dǎo)電基體2由導(dǎo)電性材質(zhì)制成，如銅、鐵、鋁、鉑、鉛、鋅及其合金等，考慮該電刷1在使用時(shí)，會(huì)與旋轉(zhuǎn)體摩擦而產(chǎn)生大量熱，選用導(dǎo)電導(dǎo)熱性能均優(yōu)良的材料，如銅、鋁等制備導(dǎo)電基體2較為適宜。
所述多個(gè)碳納米管3可隨機(jī)生長(zhǎng)在接觸端面21上，優(yōu)選的，所述多個(gè)碳納米管3相互平行，如碳納米管陣列，其與接觸端面21垂直或成一銳角。
如圖2所示，上述電刷1可通過(guò)下述制備方法獲得步驟100，提供一個(gè)導(dǎo)電基體2，具有一個(gè)接觸端面21和一個(gè)傳導(dǎo)端面22。本實(shí)施例中，導(dǎo)電基體2整體為正方體。
步驟200，如圖3所示，在所述導(dǎo)電基體2的接觸端面21上形成多個(gè)碳納米管3。所述多個(gè)碳納米管3可采用化學(xué)氣相沉積法、激光燒蝕法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法、電弧放電法等方法形成，本實(shí)施例中以化學(xué)氣相沉積法為例，其制備過(guò)程具體包括下述步驟。
首先，如圖3(a)所示，在接觸表面21上沉積一個(gè)催化劑層23?？捎秒娮邮翦儭R射或涂敷等方法將催化劑沉積在接觸表面21上，使其形成4～10納米(nm)厚的催化劑層23，催化劑為選自鐵、鈷、鎳及其氧化物的一種或多種物質(zhì)。
然后，如圖3(b)所示，在溫度300℃～500℃，空氣氣氛下，對(duì)具有催化劑層23的導(dǎo)電基體2進(jìn)行8～12小時(shí)的退火處理，使催化劑層23收縮成為相互分離的納米級(jí)催化劑顆粒24。
最后，將形成有催化劑顆粒24的導(dǎo)電基體2放進(jìn)反應(yīng)爐(圖未示)；通入保護(hù)氣體，同時(shí)將反應(yīng)爐加熱至550～1000℃；再通入碳源氣，大約15秒～40分鐘后，高度一定的碳納米管3就會(huì)形成在導(dǎo)電基體2的接觸表面21上，如圖3(c)所示。根據(jù)實(shí)際需要，可將多個(gè)碳納米管3與旋轉(zhuǎn)體7(參照?qǐng)D4)相接觸的端面剪切成預(yù)定的形狀，如平面，向內(nèi)圓弧面，向外圓弧面等。本實(shí)施例中，將多個(gè)碳納米管3的端面剪切成向內(nèi)圓弧面，如圖1所示。
所述保護(hù)氣體可為氬氣、氮?dú)饣蚝獾?，所述碳源氣可為乙炔、甲烷或乙烯等?br> 步驟300，將導(dǎo)線4一端固接于導(dǎo)電基體2的傳導(dǎo)端面22上，并保持該二者電導(dǎo)通?？刹捎谜辰?、卡扣、鎖固或?qū)?dǎo)線4一端插設(shè)于導(dǎo)電基體2內(nèi)部等方法將導(dǎo)線4一端固接于導(dǎo)電基體2的傳導(dǎo)端面22上。
步驟400，將彈簧5套設(shè)在所述導(dǎo)線4外部，且一端固接于導(dǎo)電基體2的傳導(dǎo)端面22上，并保持該彈簧5與導(dǎo)線4及導(dǎo)電基體2間電絕緣?？刹捎谜辰?、卡扣、鎖固或?qū)椈?一端插設(shè)于導(dǎo)電基體2內(nèi)部等方法將彈簧5一端固接于導(dǎo)電基體2的傳導(dǎo)端面22上。從而，可形成電刷1。
由上述步驟可以看出，通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法制備電刷1，只需經(jīng)過(guò)制備導(dǎo)電基體2、生長(zhǎng)碳納米管3、固接導(dǎo)線4及彈簧5步驟，工藝簡(jiǎn)單，易于制備，且于時(shí)間方面，2～3天即可制成，耗時(shí)較短，可提高工業(yè)生產(chǎn)效率。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，使用上述電刷1用于旋轉(zhuǎn)體7和一個(gè)基臺(tái)6間的電導(dǎo)通時(shí)，將彈簧5的另一端電絕緣固設(shè)于基臺(tái)6上，將導(dǎo)線4的另一端電導(dǎo)通的固設(shè)在基臺(tái)6上，碳納米管3與旋轉(zhuǎn)體7相接觸。從而，旋轉(zhuǎn)體7上的電流經(jīng)過(guò)碳納米管3、導(dǎo)電基體2及導(dǎo)線4傳遞到基臺(tái)6上。
在上述結(jié)構(gòu)中，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能的碳納米管3與旋轉(zhuǎn)體7直接接觸，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體7以角速度ω高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，碳納米管3受到相應(yīng)的摩擦作用力而彎曲。碳納米管3在上述彎曲過(guò)程中，可削減其與旋轉(zhuǎn)體7間的摩擦作用，確保碳納米管3與旋轉(zhuǎn)體7間的接觸面積，防止電流密度過(guò)大而導(dǎo)致過(guò)熱、火花現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時(shí)，由于碳納米管自身的抗彎曲作用，產(chǎn)生與彎曲方向相反的作用力，并在此力作用下，使碳納米管3與旋轉(zhuǎn)體7表面緊密接觸，形成良好的導(dǎo)電通路。
在上述導(dǎo)電過(guò)程中，由于碳納米管3形成一個(gè)遇到外力可彎曲的柔性部件，避免與旋轉(zhuǎn)體7表面的正面摩擦，且可削減該摩擦作用力，延長(zhǎng)電刷1的使用壽命；同時(shí)，碳納米管3自身具有極強(qiáng)的耐磨耗性，不易磨損及破碎，從而電刷1整體耐磨耗性大大增強(qiáng)，進(jìn)一步延長(zhǎng)電刷1的使用壽命。
另外，導(dǎo)電基體2通過(guò)彈簧5絕緣固接在基臺(tái)6上，可緩沖導(dǎo)電基體2的震動(dòng)，保護(hù)位于接觸端面21上的碳納米管3，進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用壽命。
當(dāng)然，上述電刷1的結(jié)構(gòu)中，可以使導(dǎo)電基體2和基臺(tái)6固接并保持電導(dǎo)通，因而可以不用導(dǎo)線4和彈簧5，即電刷1僅由導(dǎo)電基體2和碳納米管3組成。
本發(fā)明所提供的電刷可廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)，如汽車電機(jī)、直流電機(jī)、串激電機(jī)、微型電機(jī)，以及各種電動(dòng)工具。
可以理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思做出其它各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電刷，包括一個(gè)導(dǎo)電基體，其特征在于，該電刷還包括形成在該導(dǎo)電基體表面的多個(gè)碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的電刷，其特征在于，所述電刷還包括一條導(dǎo)線，該導(dǎo)線與所述導(dǎo)電基體電導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求2所述的電刷，其特征在于，所述電刷還包括一個(gè)彈簧，該彈簧套設(shè)在所述導(dǎo)線外部，且其一端固接在導(dǎo)電基體上。
4.如權(quán)利要求3所述的電刷，其特征在于，所述彈簧與所述導(dǎo)電基體及導(dǎo)線電絕緣。
5.如權(quán)利要求1所述的電刷，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管相互平行，且與所述導(dǎo)電基體的形成碳納米管的表面垂直或成一銳角。
6.一種電刷制備方法，其特征在于，包括提供一個(gè)導(dǎo)電基體；在所述導(dǎo)電基體表面形成多個(gè)碳納米管。
7.如權(quán)利要求6所述的電刷制備方法，其特征在于，還包括下述步驟將一條導(dǎo)線一端固接在所述導(dǎo)電基體上，并使該導(dǎo)線與該導(dǎo)電基體電導(dǎo)通。
8.如權(quán)利要求7所述的電刷制備方法，其特征在于，還包括下述步驟將一條彈簧套設(shè)在所述導(dǎo)線外部，使其一端固接在導(dǎo)電基體上。
9.如權(quán)利要求6所述的電刷制備方法，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管的形成方法選自化學(xué)氣相沉積法、激光燒蝕法、等離子輔助化學(xué)氣相沉積法、或電弧放電法。
10.如權(quán)利要求9所述的電刷制備方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積法具體包括在所述導(dǎo)電基體表面上形成一個(gè)催化劑層；對(duì)具有催化劑層的導(dǎo)電基體進(jìn)行退火處理，使催化劑收縮成為相互分離的催化劑顆粒；導(dǎo)入碳源氣，使碳納米管生長(zhǎng)在該導(dǎo)電基體表面上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電刷，其包括一個(gè)導(dǎo)電基體；形成在該導(dǎo)電基體表面的多個(gè)碳納米管。本發(fā)明提供的電刷整體耐磨耗性好，使用壽命長(zhǎng)。另外，本發(fā)明還提供上述電刷的制備方法。
文檔編號(hào)H01R39/26GK1988290SQ200510121038
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者李欣和 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司