專利名稱：軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，屬于炭/炭復(fù)合材 料技術(shù)領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)-鐵路的電氣化和高速化已成為世界鐵路運(yùn)輸發(fā)展的趨勢，而受電弓滑板 是電力機(jī)車的靈魂部件，滑板質(zhì)量的優(yōu)劣對機(jī)車的取流狀況有重要的影響。目 前電力機(jī)車使用的滑板主要有銅滑板、純碳滑板、粉末冶金滑板和浸金屬碳滑 板。銅滑板導(dǎo)電性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，取材方便，使用壽命長，成本低，但其 對接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗大，耐電弧性能差，目前己限制使用；純碳滑板具有自潤滑 性能，對導(dǎo)線磨耗低，并具有良好的接觸穩(wěn)定性，但其固有電阻大，機(jī)械強(qiáng)度 低，質(zhì)脆，易出現(xiàn)斷裂和掉塊現(xiàn)象，在使用范圍方面也受到很大限制；粉末冶 金滑板一般有鐵基和銅基兩種，其機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)，但對接觸網(wǎng)導(dǎo) 線而言，其并不是理想的材料，最大的缺欠是抗電弧能力差，離線時(shí)產(chǎn)生的電 弧經(jīng)常將滑板燒熔或把網(wǎng)導(dǎo)線燒熔；浸金屬滑板具有較好的導(dǎo)電性能，基本解 決了純碳滑板機(jī)械強(qiáng)度低的問題，耐磨性能大為提高，能根本解決網(wǎng)導(dǎo)線磨耗 過快的問題，但其抗沖擊能力不足，易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，使用過程中需要不斷整 形，而且制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)和維護(hù)成本都過高。為了解決上述受電弓滑板存在的不足，近年來國內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)又開始了 以碳基復(fù)合材料作為滑板材料的研究， 一部分滑板是以鍍銅石墨為導(dǎo)電基料或 者改性組分，分別以短切碳纖維(不大于8cm)、連續(xù)長碳纖維(直徑小于2(Him) 和鍍銅碳纖維作為增強(qiáng)材料來研制滑板材料，雖然均具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo) 電性能，摩擦磨損性能也較優(yōu)異，但原料預(yù)處理工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，大 大降低其市場競爭力。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，利用 該工藝制備的軌道車輛滑板用碳基復(fù)合材料導(dǎo)電性能和摩擦磨損性能優(yōu)良，有 較好機(jī)械強(qiáng)度，且生產(chǎn)成本較低。本發(fā)明軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，其技術(shù)方案如下以石墨、 焦炭粉中的一種或其兩者的混合物作為基體，基體含量占總組分質(zhì)量百分比為 30 40%;以銅粉、銅纖維中的一種或其兩者的混合物作為導(dǎo)電組分，導(dǎo)電組 分含量在總組分中所占的質(zhì)量百分比為20 30%;以改性酚醛樹脂作為粘結(jié) 劑，其在總組分中所占的質(zhì)量百分比為15 30%;以短切碳纖維作為增強(qiáng)劑， 其在總組分中所占的質(zhì)量百分比為1 5%;以二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉的混 合物作為改性劑；改性劑在總組分中所占的質(zhì)量百分比為10 15%。將上述物料采用濕態(tài)混合或者干態(tài)混合的方法，將原料充分混合后，進(jìn)行熱壓使酚醛樹 脂固化成型，得到的制品燒結(jié)處理后，再經(jīng)過致密化工序即得到碳基滑塊材料。其中，銅粉粒度小于200目，銅纖維長度2 6mm，直徑0.05 0.5mm; 石墨和焦炭粉粒度小于150目；短切碳纖維長度不大于8mm，直徑5 7mm; 改性劑二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉均粒度小于200目。請參閱圖l所示，上述軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，包括如下幾 個(gè)步驟(1) 原材料預(yù)處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及幾種改性劑放置于干燥箱內(nèi)，除去其中的水分，干燥溫度宜為10(TC，干燥時(shí)間為2 4小時(shí)；(2) 混料先將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、 銅纖維和改性劑，最后添加酚醛樹脂制成模壓料；(3) 熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機(jī)上加熱加壓，使酚醛樹脂固化成型；壓制壓力為50 100MP，固化溫度為160 170°C，并在該溫度條件下保壓0.5 1小時(shí)；(4) 燒結(jié)對所壓制的試樣進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為800 900°C,燒結(jié)時(shí)間為2 4小時(shí)； (5)致密化處理對燒結(jié)后的樣品進(jìn)行致密化處理有兩種方式， 一種是化學(xué)氣相沉積(CVD),另一種是瀝青浸漬后再炭化處理。 其中，化學(xué)氣相沉積(CVD)是指將燒結(jié)后的樣品放入化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，在900 110(TC溫度下，以甲垸或者丙烷等碳?xì)錃怏w作為沉積氣源。通過控制氣體的流向，致使碳?xì)錃怏w熱解 產(chǎn)生的碳沉積在樣品的開孔孔隙中，達(dá)到致密的效果。其中，瀝青浸漬后再炭化是指首先，將燒結(jié)后的樣品放在一個(gè)容器內(nèi)，通過真空泵抽掉容器內(nèi)的空氣，隨后通入熔化后的瀝青(中間相瀝青、煤焦油 瀝青等)，使其把燒結(jié)后的樣品覆蓋，接著通入氮?dú)馐谷萜鲏毫_(dá)到一個(gè)大氣 壓，利用熔化瀝青的流動(dòng)性使瀝青浸漬填充到樣品內(nèi)開孔孔隙中。其次，對浸漬了瀝青的樣品進(jìn)行炭化處理把樣品放入真空炭化爐內(nèi)，在真空狀態(tài)下，以1(TC/h的升溫速度，升溫到1000 1100°C，并保溫2 4小時(shí)。 其中，該改性劑是由二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉混合制成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效在于利用該工藝制備的軌道車輛用碳基滑塊材料具 有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和摩擦磨損性能，而且具有良好的彎曲強(qiáng)度和較低的生產(chǎn)成 本，是一種綜合性能優(yōu)良的滑板材料。

圖1是本發(fā)明軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝流程圖。單位說明。C :攝氏度。C/h:攝氏度/小時(shí)MP:兆帕g/cm3:克/立方厘米Q.m:歐-米微米mm:毫米wt%:質(zhì)量百分比 具體實(shí)施方式
-本發(fā)明一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，包括如下幾個(gè)步驟(1) 原材料預(yù)處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及幾種改性劑放置于 干燥箱內(nèi)，除去其中的水分，干燥溫度宜為10(TC，干燥時(shí)間為2 4小時(shí)；(2) 混料先將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、 銅纖維和改性劑，最后添加酚醛樹脂制成模壓料；(3) 熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機(jī)上加熱加壓，使酚 醛樹脂固化成型；壓制壓力為50 100MP，固化溫度為160 170°C，并在該 溫度條件下保壓0.5 1小時(shí)；(4) 燒結(jié)對所壓制的試樣進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為800 900°C，燒 結(jié)時(shí)間為2 4小時(shí)；(5) 致密化處理對燒結(jié)后的樣品進(jìn)行致密化處理有兩種方式， 一種是 化學(xué)氣相沉積(CVD),另一種是瀝青浸漬后再炭化處理。其中，化學(xué)氣相沉積(CVD)是指將燒結(jié)后的樣品放入化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，在900 1100'C溫度下，以甲烷 或者丙烷等碳?xì)錃怏w作為沉積氣源。通過控制氣體的流向，致使碳?xì)錃怏w熱解 產(chǎn)生的碳沉積在樣品的開孔孔隙中，達(dá)到致密的效果。其中，瀝青浸漬后再炭化是指首先，將燒結(jié)后的樣品放在一個(gè)容器內(nèi)，通過真空泵抽掉容器內(nèi)的空氣，隨后通入熔化后的瀝青(中間相瀝青、煤焦油 瀝青等)，使其把燒結(jié)后的樣品覆蓋，接著通入氮?dú)馐谷萜鲏毫_(dá)到一個(gè)大氣 壓，利用熔化瀝青的流動(dòng)性使瀝青浸漬填充到樣品內(nèi)開孔孔隙中。其次，對浸漬了瀝青的樣品進(jìn)行炭化處理把樣品放入真空炭化爐內(nèi)，在真空狀態(tài)下，以10。C/h的升溫速度，升溫到1000 1100°C，并保溫2 4小時(shí)。其具體實(shí)施方式
如下 實(shí)施例一碳基復(fù)合材料含石墨15wt%，焦炭粉25wtQ/。，銅粉20wtn/。，銅纖維5wt%， 碳纖維3wt%， 二硫化鉬3wt°/。，氧化鋁4wt%，玻璃粉5wty。和酚醛樹脂20wt%， 采用干態(tài)混合方式，混合均勻后，首先在80MP成型壓力和165t溫度下熱壓30分鐘；接著將制得的樣品在80(TC的溫度下燒結(jié)2小時(shí)；最后將燒結(jié)后的樣 品放入化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，以丙烷作為沉積氣源，IOOO'C溫度下沉積IO小時(shí)。 制成的滑板密度為2.20g/cm3，電阻率為4.9x10—6Qtii，彎曲強(qiáng)度為70MP,摩 擦系數(shù)為0.15。實(shí)施例二碳基復(fù)合材料含石墨20wt%，焦炭粉15wt%，銅粉15wt%，銅纖維10wt%， 碳纖維5wt%， 二硫化鉬3wt%，氧化鋁5wt%，玻璃粉5wtQ/。和酚醛樹脂22wt%， 采用干態(tài)混合方式，混合均勻后，首先在IOOMP成型壓力和165'C溫度下熱壓 l小時(shí);接著將制得的樣品在800'C的溫度下燒結(jié)2小時(shí)；最后將燒結(jié)后的樣 品放入化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，以丙烷作為沉積氣源，IOO(TC溫度下沉積IO小時(shí)。 制得的滑板密度為2.31g/cm3，電阻率為4.0xl(T6Q.m，彎曲強(qiáng)度為85MP,摩 擦系數(shù)為0.08。實(shí)施例三-碳基復(fù)合材料含石墨15wt%，焦炭粉15wt。/。，銅粉20wt。/。，碳纖維5wtn/。， 二硫化鉬5wt。/。，氧化鋁5wt。/。，玻璃粉5wt。/。和酚醛樹脂30wt°/。，采用干態(tài)混 合方式，混合均勻后，首先在60MP成型壓力和165"溫度下熱壓1小時(shí)；接 著將制得的樣品在80(TC的溫度下燒結(jié)2小時(shí)；最后將燒結(jié)后的樣品在一個(gè)大 氣壓下浸漬中間相瀝青2小時(shí)后，以10°C/h的升溫速度升到IIO(TC，并保溫2 小時(shí)。制得的滑板密度為2.25g/cm3，電阻率為9.5xl0—6am，彎曲強(qiáng)度為62MP， 摩擦系數(shù)為0.13。
權(quán)利要求
1、一種軌道車輛用碳基滑塊材料，其特征在于以石墨、焦炭粉中的一種或其兩者的混合物作為基體，基體含量占總組分質(zhì)量百分比為30～40％；以銅粉、銅纖維中的一種或其兩者的混合物作為導(dǎo)電組分，導(dǎo)電組分含量在總組分中所占的質(zhì)量百分比為20～30％；以改性酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，其在總組分中所占的質(zhì)量百分比為15～30％；以短切碳纖維作為增強(qiáng)劑，其在總組分中所占的質(zhì)量百分比為1～5％；以二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉的混合物作為改性劑；改性劑在總組分中所占的質(zhì)量百分比為10～15％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道車輛用碳基滑塊材料，其特征在于銅粉 粒度小于200目，銅纖維長度2 6mm，直徑0.05 0.5mm;石墨和焦炭粉粒 度小于150目；短切碳纖維長度不大于8mm，直徑5 7mm;改性劑二硫化鉬、 氧化鋁和玻璃粉均粒度小于200目。
3、 一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，其特征在于該工藝包括以下幾個(gè)步驟(1) 原材料預(yù)處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及幾種改性劑放置于干燥箱內(nèi)，除去其中的水分，干燥溫度宜為10(TC，干燥時(shí)間為2 4小時(shí)；(2) 混料先將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、 銅纖維和改性劑，最后添加酚醛樹脂制成模壓料；(3) 熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機(jī)上加熱加壓，使酚醛樹脂固化成型；壓制壓力為50 100MP，固化溫度為160 170°C，并在該溫度 條件下保壓0.5 1小時(shí)；(4) 燒結(jié)對所壓制的試樣進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為800 900°C,燒 結(jié)時(shí)間為2 4小時(shí)；(5) 致密化處理對燒結(jié)后的樣品進(jìn)行致密化處理有兩種方式， 一種是化學(xué)氣相沉積，另一種是瀝青浸漬后再炭化處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，其特征在 于該制備工藝步驟(5)中所述的化學(xué)氣相沉積，是將燒結(jié)后的樣品放入化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，在900 1100'C溫度下，以甲烷或者丙垸等碳?xì)錃怏w作為沉積 氣源；通過控制氣體的流向，致使碳?xì)錃怏w熱解產(chǎn)生的碳沉積在樣品的開孔孔 隙中，達(dá)到致密的效果。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，其特征在 于該制備工藝步驟(5)中所述的瀝青浸漬后再炭化為(1)將燒結(jié)后的樣品 放在一個(gè)容器內(nèi)，通過真空泵抽掉容器內(nèi)的空氣，隨后通入熔化后的瀝青，使 其把燒結(jié)后的樣品覆蓋，接著通入氮?dú)馐谷萜鲏毫_(dá)到一個(gè)大氣壓，利用熔化 瀝青的流動(dòng)性使瀝青浸漬填充到樣品內(nèi)開孔孔隙中；(2)對浸漬了瀝青的樣品進(jìn)行炭化處理把樣品放入真空炭化爐內(nèi)，在真空狀態(tài)下，以l(TC/h的升溫速度，升溫到1000 1100°C，并保溫2 4小時(shí)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，其特征 在于該改性劑是由二硫化鉬、氧化鋁和玻璃粉混合而成。
全文摘要
本發(fā)明一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝，其包括以下步驟(1)原材料預(yù)處理將石墨、焦炭粉、短切碳纖維及改性劑置于干燥箱內(nèi)，除去其水分，干燥溫度為100℃，干燥時(shí)間為2～4小時(shí)；(2)混料將石墨、焦炭粉和短切碳纖維混合均勻，再依次添加銅粉、銅纖維和改性劑，最后添加酚醛樹脂制成模壓料；(3)熱壓成型將模壓料放入模具中，在熱壓成型機(jī)上加熱加壓，使固化成型；壓制壓力為50～100MP，固化溫度為160～170℃，在該溫度條件下保壓0.5～1小時(shí)；(4)燒結(jié)對壓制的試樣燒結(jié)處理，溫度為800～900℃，時(shí)間為2～4小時(shí)；(5)致密化處理主要有兩種方式，一種是化學(xué)氣相沉積，另一種是瀝青浸漬后再炭化處理。
文檔編號H01B1/06GK101165819SQ20071012176
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者孫軍杰, 李密丹, 羅瑞盈 申請人:北京航空航天大學(xué)