专利名称：轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，属于炭/炭复合材 料技术领域。(二) 背景技术-铁路的电气化和高速化已成为世界铁路运输发展的趋势，而受电弓滑板 是电力机车的灵魂部件，滑板质量的优劣对机车的取流状况有重要的影响。目 前电力机车使用的滑板主要有铜滑板、纯碳滑板、粉末冶金滑板和浸金属碳滑 板。铜滑板导电性能好，机械强度高，取材方便，使用寿命长，成本低，但其 对接触网导线磨耗大，耐电弧性能差，目前己限制使用；纯碳滑板具有自润滑 性能，对导线磨耗低，并具有良好的接触稳定性，但其固有电阻大，机械强度 低，质脆，易出现断裂和掉块现象，在使用范围方面也受到很大限制；粉末冶 金滑板一般有铁基和铜基两种，其机械强度高，抗冲击能力强，但对接触网导 线而言，其并不是理想的材料，最大的缺欠是抗电弧能力差，离线时产生的电 弧经常将滑板烧熔或把网导线烧熔；浸金属滑板具有较好的导电性能，基本解 决了纯碳滑板机械强度低的问题，耐磨性能大为提高，能根本解决网导线磨耗 过快的问题，但其抗冲击能力不足，易出现掉块现象，使用过程中需要不断整 形，而且制备工艺复杂，生产和维护成本都过高。为了解决上述受电弓滑板存在的不足，近年来国内一些科研机构又开始了 以碳基复合材料作为滑板材料的研究， 一部分滑板是以镀铜石墨为导电基料或 者改性组分，分别以短切碳纤维(不大于8cm)、连续长碳纤维(直径小于2(Him) 和镀铜碳纤维作为增强材料来研制滑板材料，虽然均具有较好的机械强度和导 电性能，摩擦磨损性能也较优异，但原料预处理工艺复杂，生产成本较高，大 大降低其市场竞争力。
发明内容本发明的目的在于提出一种轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，利用 该工艺制备的轨道车辆滑板用碳基复合材料导电性能和摩擦磨损性能优良，有 较好机械强度，且生产成本较低。本发明轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，其技术方案如下以石墨、 焦炭粉中的一种或其两者的混合物作为基体，基体含量占总组分质量百分比为 30 40%;以铜粉、铜纤维中的一种或其两者的混合物作为导电组分，导电组 分含量在总组分中所占的质量百分比为20 30%;以改性酚醛树脂作为粘结 剂，其在总组分中所占的质量百分比为15 30%;以短切碳纤维作为增强剂， 其在总组分中所占的质量百分比为1 5%;以二硫化钼、氧化铝和玻璃粉的混 合物作为改性剂；改性剂在总组分中所占的质量百分比为10 15%。将上述物料采用湿态混合或者干态混合的方法，将原料充分混合后，进行热压使酚醛树 脂固化成型，得到的制品烧结处理后，再经过致密化工序即得到碳基滑块材料。其中，铜粉粒度小于200目，铜纤维长度2 6mm，直径0.05 0.5mm; 石墨和焦炭粉粒度小于150目；短切碳纤维长度不大于8mm，直径5 7mm; 改性剂二硫化钼、氧化铝和玻璃粉均粒度小于200目。请参阅图l所示，上述轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，包括如下几 个步骤(1) 原材料预处理将石墨、焦炭粉、短切碳纤维及几种改性剂放置于干燥箱内，除去其中的水分，干燥温度宜为10(TC，干燥时间为2 4小时；(2) 混料先将石墨、焦炭粉和短切碳纤维混合均匀，再依次添加铜粉、 铜纤维和改性剂，最后添加酚醛树脂制成模压料；(3) 热压成型将模压料放入模具中，在热压成型机上加热加压，使酚醛树脂固化成型；压制压力为50 100MP，固化温度为160 170°C，并在该温度条件下保压0.5 1小时；(4) 烧结对所压制的试样进行烧结处理，烧结温度为800 900°C,烧结时间为2 4小时； (5)致密化处理对烧结后的样品进行致密化处理有两种方式， 一种是化学气相沉积(CVD),另一种是沥青浸渍后再炭化处理。 其中，化学气相沉积(CVD)是指将烧结后的样品放入化学气相沉积炉内，在900 110(TC温度下，以甲垸或者丙烷等碳氢气体作为沉积气源。通过控制气体的流向，致使碳氢气体热解 产生的碳沉积在样品的开孔孔隙中，达到致密的效果。其中，沥青浸渍后再炭化是指首先，将烧结后的样品放在一个容器内，通过真空泵抽掉容器内的空气，随后通入熔化后的沥青(中间相沥青、煤焦油 沥青等)，使其把烧结后的样品覆盖，接着通入氮气使容器压力达到一个大气 压，利用熔化沥青的流动性使沥青浸渍填充到样品内开孔孔隙中。其次，对浸渍了沥青的样品进行炭化处理把样品放入真空炭化炉内，在真空状态下，以1(TC/h的升温速度，升温到1000 1100°C，并保温2 4小时。 其中，该改性剂是由二硫化钼、氧化铝和玻璃粉混合制成。本发明的优点及功效在于利用该工艺制备的轨道车辆用碳基滑块材料具 有优异的导电性能和摩擦磨损性能，而且具有良好的弯曲强度和较低的生产成 本，是一种综合性能优良的滑板材料。
图1是本发明轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺流程图。单位说明。C :摄氏度。C/h:摄氏度/小时MP:兆帕g/cm3:克/立方厘米Q.m:欧-米微米mm:毫米wt%:质量百分比 具体实施方式
-本发明一种轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，包括如下几个步骤(1) 原材料预处理将石墨、焦炭粉、短切碳纤维及几种改性剂放置于 干燥箱内，除去其中的水分，干燥温度宜为10(TC，干燥时间为2 4小时；(2) 混料先将石墨、焦炭粉和短切碳纤维混合均匀，再依次添加铜粉、 铜纤维和改性剂，最后添加酚醛树脂制成模压料；(3) 热压成型将模压料放入模具中，在热压成型机上加热加压，使酚 醛树脂固化成型；压制压力为50 100MP，固化温度为160 170°C，并在该 温度条件下保压0.5 1小时；(4) 烧结对所压制的试样进行烧结处理，烧结温度为800 900°C，烧 结时间为2 4小时；(5) 致密化处理对烧结后的样品进行致密化处理有两种方式， 一种是 化学气相沉积(CVD),另一种是沥青浸渍后再炭化处理。其中，化学气相沉积(CVD)是指将烧结后的样品放入化学气相沉积炉内，在900 1100'C温度下，以甲烷 或者丙烷等碳氢气体作为沉积气源。通过控制气体的流向，致使碳氢气体热解 产生的碳沉积在样品的开孔孔隙中，达到致密的效果。其中，沥青浸渍后再炭化是指首先，将烧结后的样品放在一个容器内，通过真空泵抽掉容器内的空气，随后通入熔化后的沥青(中间相沥青、煤焦油 沥青等)，使其把烧结后的样品覆盖，接着通入氮气使容器压力达到一个大气 压，利用熔化沥青的流动性使沥青浸渍填充到样品内开孔孔隙中。其次，对浸渍了沥青的样品进行炭化处理把样品放入真空炭化炉内，在真空状态下，以10。C/h的升温速度，升温到1000 1100°C，并保温2 4小时。其具体实施方式
如下 实施例一碳基复合材料含石墨15wt%，焦炭粉25wtQ/。，铜粉20wtn/。，铜纤维5wt%， 碳纤维3wt%， 二硫化钼3wt°/。，氧化铝4wt%，玻璃粉5wty。和酚醛树脂20wt%， 采用干态混合方式，混合均匀后，首先在80MP成型压力和165t温度下热压30分钟；接着将制得的样品在80(TC的温度下烧结2小时；最后将烧结后的样 品放入化学气相沉积炉内，以丙烷作为沉积气源，IOOO'C温度下沉积IO小时。 制成的滑板密度为2.20g/cm3，电阻率为4.9x10—6Qtii，弯曲强度为70MP,摩 擦系数为0.15。实施例二碳基复合材料含石墨20wt%，焦炭粉15wt%，铜粉15wt%，铜纤维10wt%， 碳纤维5wt%， 二硫化钼3wt%，氧化铝5wt%，玻璃粉5wtQ/。和酚醛树脂22wt%， 采用干态混合方式，混合均匀后，首先在IOOMP成型压力和165'C温度下热压 l小时;接着将制得的样品在800'C的温度下烧结2小时；最后将烧结后的样 品放入化学气相沉积炉内，以丙烷作为沉积气源，IOO(TC温度下沉积IO小时。 制得的滑板密度为2.31g/cm3，电阻率为4.0xl(T6Q.m，弯曲强度为85MP,摩 擦系数为0.08。实施例三-碳基复合材料含石墨15wt%，焦炭粉15wt。/。，铜粉20wt。/。，碳纤维5wtn/。， 二硫化钼5wt。/。，氧化铝5wt。/。，玻璃粉5wt。/。和酚醛树脂30wt°/。，采用干态混 合方式，混合均匀后，首先在60MP成型压力和165"温度下热压1小时；接 着将制得的样品在80(TC的温度下烧结2小时；最后将烧结后的样品在一个大 气压下浸渍中间相沥青2小时后，以10°C/h的升温速度升到IIO(TC，并保温2 小时。制得的滑板密度为2.25g/cm3，电阻率为9.5xl0—6am，弯曲强度为62MP， 摩擦系数为0.13。
权利要求
1、一种轨道车辆用碳基滑块材料，其特征在于以石墨、焦炭粉中的一种或其两者的混合物作为基体，基体含量占总组分质量百分比为30～40％；以铜粉、铜纤维中的一种或其两者的混合物作为导电组分，导电组分含量在总组分中所占的质量百分比为20～30％；以改性酚醛树脂作为粘结剂，其在总组分中所占的质量百分比为15～30％；以短切碳纤维作为增强剂，其在总组分中所占的质量百分比为1～5％；以二硫化钼、氧化铝和玻璃粉的混合物作为改性剂；改性剂在总组分中所占的质量百分比为10～15％。
2、 根据权利要求1所述的轨道车辆用碳基滑块材料，其特征在于铜粉 粒度小于200目，铜纤维长度2 6mm，直径0.05 0.5mm;石墨和焦炭粉粒 度小于150目；短切碳纤维长度不大于8mm，直径5 7mm;改性剂二硫化钼、 氧化铝和玻璃粉均粒度小于200目。
3、 一种轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，其特征在于该工艺包括以下几个步骤(1) 原材料预处理将石墨、焦炭粉、短切碳纤维及几种改性剂放置于干燥箱内，除去其中的水分，干燥温度宜为10(TC，干燥时间为2 4小时；(2) 混料先将石墨、焦炭粉和短切碳纤维混合均匀，再依次添加铜粉、 铜纤维和改性剂，最后添加酚醛树脂制成模压料；(3) 热压成型将模压料放入模具中，在热压成型机上加热加压，使酚醛树脂固化成型；压制压力为50 100MP，固化温度为160 170°C，并在该温度 条件下保压0.5 1小时；(4) 烧结对所压制的试样进行烧结处理，烧结温度为800 900°C,烧 结时间为2 4小时；(5) 致密化处理对烧结后的样品进行致密化处理有两种方式， 一种是化学气相沉积，另一种是沥青浸渍后再炭化处理。
4、 根据权利要求3所述的轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，其特征在 于该制备工艺步骤(5)中所述的化学气相沉积，是将烧结后的样品放入化学气相沉积炉内，在900 1100'C温度下，以甲烷或者丙垸等碳氢气体作为沉积 气源；通过控制气体的流向，致使碳氢气体热解产生的碳沉积在样品的开孔孔 隙中，达到致密的效果。
5、 根据权利要求3所述的轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，其特征在 于该制备工艺步骤(5)中所述的沥青浸渍后再炭化为(1)将烧结后的样品 放在一个容器内，通过真空泵抽掉容器内的空气，随后通入熔化后的沥青，使 其把烧结后的样品覆盖，接着通入氮气使容器压力达到一个大气压，利用熔化 沥青的流动性使沥青浸渍填充到样品内开孔孔隙中；(2)对浸渍了沥青的样品进行炭化处理把样品放入真空炭化炉内，在真空状态下，以l(TC/h的升温速度，升温到1000 1100°C，并保温2 4小时。
6、 根据权利要求3所述的轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，其特征 在于该改性剂是由二硫化钼、氧化铝和玻璃粉混合而成。
全文摘要
本发明一种轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺，其包括以下步骤(1)原材料预处理将石墨、焦炭粉、短切碳纤维及改性剂置于干燥箱内，除去其水分，干燥温度为100℃，干燥时间为2～4小时；(2)混料将石墨、焦炭粉和短切碳纤维混合均匀，再依次添加铜粉、铜纤维和改性剂，最后添加酚醛树脂制成模压料；(3)热压成型将模压料放入模具中，在热压成型机上加热加压，使固化成型；压制压力为50～100MP，固化温度为160～170℃，在该温度条件下保压0.5～1小时；(4)烧结对压制的试样烧结处理，温度为800～900℃，时间为2～4小时；(5)致密化处理主要有两种方式，一种是化学气相沉积，另一种是沥青浸渍后再炭化处理。
文档编号H01B1/06GK101165819SQ20071012176
公开日2008年4月23日 申请日期2007年9月13日 优先权日2007年9月13日
发明者孙军杰, 李密丹, 罗瑞盈 申请人:北京航空航天大学