1.本发明属于受电弓碳滑板及其制备领域，具体涉及一种高铁受电弓碳滑板及其制备方法。
背景技术：
2.铁路的电气化和高速化是目前世界铁路运输发展的趋势。随着中国经济的快速发展，中国的铁路电气化建设也进入了一个崭新的发展时期，同时也对弓网系统提出了更高的要求。弓网系统是电气化列车运行的主要动力来源，它主要由接触网和受电弓两部分构成，接触网线大多采用纯铜或铜合金材料，而作为电力机车从接触网线导入电能的滑板材料，其发展经历了一个漫长而复杂的过程。在受电弓滑板的研究和应用方面，其材料主要经历了纯金属滑板、粉末冶金滑板、纯碳滑板、浸金属碳滑板等发展过程。动车高速运行，碳滑板作为车身位置最高的零部件，难免会受到鸟类等异物撞击，掉块是常有的事，为了防止在以后的运行中缺口面积的增大，在动车组的日常维护中，高铁动车维护人员都要将缺口摩擦的及其平滑。由于在运行中与接触电网导线不断产生摩擦和冲击，所以这一部件是一种需要经常更换的消耗性部件，一般6万公里更换一次，年平均更换6次。每标准动车组车厢前后装备2台受电弓，每台受电弓上装有2根碳滑板。
3.我国铁路高速化发展较晚，在碳基滑板的研制及应用方面处于滞后状态。很长一段时间国内较高速铁路用电力机车受电弓滑板主要依赖进口，且价格昂贵。近年来，我国一直致力于力推核心零部件的国产化，受电弓碳滑板行业研发进展较快，电气化铁路的不断发展势必会推动受电弓滑板材料的不断创新。而受电弓滑板的材料的更新和改善也会对铁路的运行带来更快的速度和更安全的保障，然后目前现有受电弓滑板仍然存在使用寿命短等难以克服的技术问题，制约受电弓碳滑板行业的发展，因此，亟需开发一种综合性能优异的受电弓碳基滑板。
技术实现要素：
4.本发明为解决现有高铁受电弓碳滑板使用寿命短的技术问题，而提供了一种高铁受电弓碳滑板及其制备方法。
5.本发明的一种高铁受电弓碳滑板按质量份数由石墨粉10～15份，沥青焦粉70～75份，沥青22～28份，碳化硅5～11份，改性二硫化钼3～6份制备而成；所述改性二硫化钼是经过造粒处理得到的二硫化钼。
6.进一步限定，所述高铁受电弓碳滑板按质量份数由石墨粉14份，沥青焦粉75份，沥青28份，碳化硅8份，改性二硫化钼4份制备而成。
7.进一步限定，所述改性二硫化钼的造粒处理具体步骤为：向二硫化钼中加入酚醛树脂，然后再60～75℃的恒温条件下保温50min～70min，冷却后过筛，得到改性二硫化钼。
8.进一步限定，所述二硫化钼与酚醛树脂的质量比为100：(8～12)。
9.进一步限定，所述过筛是指过10～20目筛。
10.进一步限定，所述改性二硫化钼的平均粒径为16～20目。
11.进一步限定，所述改性二硫化钼的平均粒径为18目。
12.进一步限定，所述沥青焦粉的真密度＞2.0g/cm3。
13.进一步限定，所述沥青焦粉的真密度为2.0g/cm3～2.1g/cm3。
14.进一步限定，所述石墨粉为鳞片石墨粉。
15.进一步限定，所述鳞片石墨粉的平均粒径为200～300目，碳含量≥99％，灰份≤1％。
16.进一步限定，所述碳化硅的平均粒径为200～300目。
17.本发明的一种高铁受电弓碳滑板的制备方法按以下步骤进行：
18.步骤1、混料：将石墨粉、沥青焦粉、碳化硅和改性二硫化钼混合均匀，然后于90～110℃下加入沥青，继续升温至150～170℃，并于该温度下混合1h～1.5h，得到混料，然后压制成料柱；
19.步骤2、挤压成型：将步骤1的料柱于12mpa～15mpa的压力下挤出，得到滑板毛坯；
20.步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的滑板毛坯置于坩埚内，依次在温度为248℃
±
5℃、300℃
±
5℃、400℃
±
5℃、500℃
±
5℃、600℃
±
5℃、700℃
±
5℃、780℃
±
5℃的条件下分别加热1h～1.5h，再于780℃
±
5℃下恒温处理8h～12h，得到高铁受电弓碳滑板。
21.进一步限定，步骤1中于100℃下加入沥青，继续升温至160℃，并于该温度下混合1.5h。
22.进一步限定，步骤2中于14mpa的压力下挤出。
23.进一步限定，步骤3中依次在温度为248℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃
±
5℃、780℃的条件下分别加热1.5h，再于780℃下恒温处理10h。
24.本发明与现有技术相比具有的显著效果，具体如下：
25.1)本发明通过采用造粒二硫化钼作为润滑剂可以使得制备的高铁受电弓碳滑板具有优良的润滑性能，摩擦系数较低，抗压强度大，此外本发明中采用平均粒径为16目
‑
20目的造粒二硫化钼可以使得获得较好的效果，粒径过小起不到润滑的作用，同时混均难度大大增加，粒径过大会导致在摩擦过程中产生脱落，使滑板遭到破坏。
26.2)本发明中沥青焦粉的主要作用是作为基础材料与骨架结构，提高滑板的硬度、强度，耐磨性。本发明通过采用沥青焦和沥青形成骨架结构，获得了提高电刷硬度、强度、耐磨性的效果，此外，本发明通过采用真密度在2.0g/cm3以上的沥青焦粉可以使得制备的高铁受电弓碳滑板在焙烧的时候形成更强的骨架结构，使滑板抗压强度及抗折强度提高。本发明沥青焦的真密度在不增加沥青焦的前提下，调整滑板的机械强度，获得高机械强度，同时还能够达到导电性能好、摩擦系数低、稳定性能好、使用寿命长。
27.3)本发明高铁受电弓碳滑板的配方中石墨粉可以采用人工石墨粉也可以采用天然石墨粉。本发明中由于天然石墨具有质量轻、导电、导热、润滑性能妤、机械加工性能优良等特点，因此选用天然石墨的效果要优于人工石墨的效果，天然石墨中尤其是鳞片石墨效果最好，本发明通过采用天然石墨使得高铁受电弓碳滑板获得了润滑性能好，摩擦系数低的效果，此外，本发明通过采用粒度为200目
‑
300目，碳含量≥99％，灰份≤1％的石墨粉可以使得造粒后的石墨粉粒度更均匀，同时各种组分之间粒度搭配更合理，滑板内部结构更优，制备的高铁受电弓碳滑板摩擦系数降低、润滑性能提高。
28.4)本发明中碳化硅主要用于提高滑板的耐磨性。本发明通过采用碳化硅解决了在其他基材耐磨性不足的问题，获得了提高耐磨性的效果。
29.5)本发明控制挤压机挤压压力可以使得制备的高铁受电弓碳滑板结构更致密，电阻率低，抗折强度提高，耐磨性好。
30.6)本发明滑板原料组成合理，配方科学，制备的高铁受电弓滑板耐磨性能优、导电性好、使用寿命长，可以较好地满足高铁受电弓碳滑板的各种要求，应用范围广。
具体实施方式
31.实施例1：本实施例的一种高铁受电弓碳滑板按质量份数由石墨粉14份，沥青焦粉75份，沥青28份，碳化硅8份，改性二硫化钼4份制备而成；所述改性二硫化钼是经过造粒处理得到的二硫化钼，所述改性二硫化钼的造粒处理具体步骤为：向二硫化钼中加入酚醛树脂，然后再70℃的恒温条件下保温60min，冷却后过20目筛，得到改性二硫化钼，所述二硫化钼与酚醛树脂的质量比为100：10，所述沥青焦粉的真密度为2.1g/cm3，所述石墨粉为鳞片石墨粉，所述鳞片石墨粉的平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％，所述碳化硅的平均粒径为300目。
32.制备实施例1的高铁受电弓碳滑板的方法按以下步骤进行：
33.步骤1、混料：将石墨粉、沥青焦粉、碳化硅和改性二硫化钼混合均匀，然后于100℃下加入沥青，继续升温至160℃，并于该温度下混合1.5h，得到混料，然后压制成料柱；
34.步骤2、挤压成型：将步骤1的料柱于14mpa的压力下挤出，得到滑板毛坯；
35.步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的滑板毛坯置于坩埚内，依次在温度为248℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、780℃的条件下分别加热1.5h，再于780℃下恒温处理10h，得到高铁受电弓碳滑板。
36.实施例2：本实施例的一种高铁受电弓碳滑板按质量份数由石墨粉12份，沥青焦粉78份，沥青26份，碳化硅6份，改性二硫化钼3份制备而成；所述改性二硫化钼是经过造粒处理得到的二硫化钼，所述改性二硫化钼的造粒处理具体步骤为：向二硫化钼中加入酚醛树脂，然后再70℃的恒温条件下保温60min，冷却后过20目筛，得到改性二硫化钼，所述二硫化钼与酚醛树脂的质量比为100：10，所述沥青焦粉的真密度为2.1g/cm3，所述石墨粉为鳞片石墨粉，所述鳞片石墨粉的平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％，所述碳化硅的平均粒径为300目。
37.制备实施例2的高铁受电弓碳滑板的方法按以下步骤进行：
38.步骤1、混料：将石墨粉、沥青焦粉、碳化硅和改性二硫化钼混合均匀，然后于100℃下加入沥青，继续升温至160℃，并于该温度下混合1.5h，得到混料，然后压制成料柱；
39.步骤2、挤压成型：将步骤1的料柱于14mpa的压力下挤出，得到滑板毛坯；
40.步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的滑板毛坯置于坩埚内，依次在温度为248℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、780℃的条件下分别加热1.5h，再于780℃下恒温处理10h，得到高铁受电弓碳滑板。
41.实施例3：本实施例的一种高铁受电弓碳滑板按质量份数由石墨粉13份，沥青焦粉77份，沥青24份，碳化硅6份，改性二硫化钼6份制备而成；所述改性二硫化钼是经过造粒处理得到的二硫化钼，所述改性二硫化钼的造粒处理具体步骤为：向二硫化钼中加入酚醛树
脂，然后再70℃的恒温条件下保温60min，冷却后过20目筛，得到改性二硫化钼，所述二硫化钼与酚醛树脂的质量比为100：10，所述沥青焦粉的真密度为2.1g/cm3，所述石墨粉为鳞片石墨粉，所述鳞片石墨粉的平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％，所述碳化硅的平均粒径为300目。
42.制备实施例3的高铁受电弓碳滑板的方法按以下步骤进行：
43.步骤1、混料：将石墨粉、沥青焦粉、碳化硅和改性二硫化钼混合均匀，然后于100℃下加入沥青，继续升温至160℃，并于该温度下混合1.5h，得到混料，然后压制成料柱；
44.步骤2、挤压成型：将步骤1的料柱于14mpa的压力下挤出，得到滑板毛坯；
45.步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的滑板毛坯置于坩埚内，依次在温度为248℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、780℃的条件下分别加热1.5h，再于780℃下恒温处理10h，得到高铁受电弓碳滑板。
46.实施例4：本实施例与实施例3的区别在于：碳化硅的平均粒径为200目，其他步骤与实施例3相同。
47.实施例5：本实施例与实施例3的区别在于：石墨粉为粒度为200目的天然石墨粉(鳞片石墨粉)，其他步骤与实施例3相同。
48.实施例6：本实施例与实施例3的区别在于：步骤2中挤压机挤压压力为12mpa，其他步骤与实施例3相同。
49.为说明本发明制备的高铁受电弓碳滑板的效果，进行了如下实验：
50.试验一、将市售普通滑板(浸铜碳滑板)与本发明实施例1滑板的性能进行了比较，比较结果如表1所示。
51.表1现有国产滑板与本发明滑板的性能比较
[0052] 电阻率/μωm抗折强度/mpa动态磨耗/km市售浸铜碳滑板10453万实施例15656万
[0053]
现有国内滑板滑板运行3万公里，本发明受电弓碳滑板可运行六万公里，本发明的受电弓碳滑板相对于现有受电弓碳滑板寿命提高了100％，使用过程中稳定可靠。
[0054]
试验二、为说明改性二硫化钼提高受电弓碳滑板耐磨性的效果，进行了如下实验：
[0055]
实验组：实施例3
[0056]
对照组：本实验与实施例3的区别在于配方中不含有改性二硫化钼，其他与实施例3均相同。
[0057]
通过考察实验组与对照组制备受电弓碳滑板的动态运行试验发现：添加造粒二硫化钼的实验组制备的受电弓碳滑板可运行6万公里，而不添加造粒二硫化钼的对照组制备的受电弓碳滑板运行了4.5万公里，由此可见，添加造粒二硫化钼可以显著提高受电弓碳滑板的寿命。
[0058]
试验三、为说明锻后沥青焦提高导电性的效果，进行了如下实验：
[0059]
实验组：实施例3，锻后沥青焦真密度在2.1g/cm3；
[0060]
对照组：本实验与实施例3的区别在于用普通沥青焦(真密度在1.96
‑
2.0g/cm3)，其他与实施例3均相同。
[0061]
考察实验组与对照组制备电刷的电阻率、耐磨性、摩擦系数、稳定性和使用寿命等
效果，结果见表2。
[0062]
表2实验组与对照组电刷性能比较
[0063] 电阻率μωm抗折强度/mpa动态磨耗/km实施例35656万对照组7514.7万
[0064]
由表2可知：使用锻后沥青焦真密度在2.1g/cm3代替普通沥青焦粉(真密度为1.96g/cm3‑
2.0g/cm3)，可以在不增加沥青焦含量的前提下，提高受电弓滑板的强度，同时还能够达到耐磨性能好、摩擦系数低、稳定性能好、使用寿命长。