BR102015007386A2 - produto de carbono feito de microgrânulos de mesocarbono e grafite, comutador para um motor elétrico, e, método de fabricação de um produto de carbono - Google Patents

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xiu xian Wang
Yiu Chung Wu
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Abstract

1 / 1 resumo “produto de carbono feito de microgrã‚nulos de mesocarbono e grafite, comutador para um motor elã‰trico, e, mã‰todo de fabricaã‡ãƒo de um produto de carbono” um produto de carbono ã© feito de microgrã¢nulos de mesocarbono e grafite. de preferãªncia, a percentagem em peso de microgrã¢nulos de mesocarbono ã© de 50 a 99% e a percentagem em peso de grafite ã© de 1 a 50%. de preferãªncia, quando a grafite ã© carbono-grafite, o 3 produto de carbono tem uma densidade na faixa de 1,6 a 1,8 g / cm e uma resistividade na faixa de 2.000 a 8.000 î¼î©.cm. de preferãªncia, quando a grafite ã© eletro-grafite, o produto tem uma densidade de carbono na faixa de 3 1,85 a 1,95 g / cm e uma resistividade na faixa de 500 a 2000 î¼î©.cm. o produto de carbono pode ser uma escova de carbono, um mancal de carbono, uma vedaã§ã£o de carbono ou um membro de contato de escova para um comutador de um motor elã©trico.

Description

“PRODUTO DE CARBONO FEITO DE MICROGRÃNULOS DE MESOCARBONO E GRAFITE, COMUTADOR PARA UM MOTOR ELÉTRICO, E, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO DE CARBONO” CAMPO DA INVENÇÃO
[001] Esta invenção se refere a um método de fabricação de um produto de carbono e ao produto de carbono, especialmente um comutador tendo segmentos de carbono, por um ímã permanente, motor de corrente direta (PMDC).
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] Os produtos existentes, disponíveis no mercado, incluindo escovas de carbono, discos de grafite e mancais de carbono, são feitos de eletro-grafite (EG), carbono-grafite (CG) e de materiais de grafite ligada por resina (RG).
[003] Os materiais de EG são materiais carbografíticos que são grafitizados a temperaturas maiores do que 2500°C, a fim de transformar o carbono amorfo básico em grafite artificial. As matérias-primas incluem coque de petróleo, negro de carbono, coque de carvão e breu como aglutinante.
[004] Materiais de CG são feitos de uma mistura de pós de coque e de grafite, aglomerados com breu ou resina. Este pó é moldado em blocos, que são cozidos a uma temperatura de cerca de 1000°C para converter o aglutinante em coque. Estas notas não são grafitadas. As matérias-primas incluem grafite natural / artificial, coque de petróleo, negro de carbono, coque de carvão, e resina fenólica / breu como aglutinante.
[005] Materiais de RG são grafite natural ou artificial em pó misturada com uma resina de termofixação. A mistura é então prensada e polimerizada a uma temperatura de cura apropriada de cerca de 200°C. As matérias-primas incluem grafite natural / artificial, coque de petróleo, negro de carbono, coque de carvão, com resina fenólica ou de epóxi / breu como aglutinante.
[006] O principal problema com os produtos de EG, CG e RG existentes é a necessidade de etapas de processamento longas e complicadas, o que aumenta os custos de material e de fabricação. Outro problema com os produtos EG, CG e RG existentes é a baixa resistência e a vida útil curta.
[007] Assim, existe uma necessidade para um produto de carbono, que tenha as etapas de processamento simplificadas. Além disso, existe uma necessidade para um produto de carbono com uma resistência melhorada. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[008] Deste modo, em um dos seus aspectos, a presente invenção proporciona um produto de carbono feito de microgrânulos de mesocarbono e grafite, em que a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 50 a 99% e a percentagem em peso de grafite é de 1 a 50%.
[009] De preferência, a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 70 a 80% e a percentagem em peso de grafite é de 20 a 30%.
[0010] De preferência, o produto tem uma densidade de carbono na faixa de 1,6 a 1,8 g / cm3 e uma resistividade na faixa de 2000 a 8000 pG.cm. Isto é particularmente adequado para produtos em que a grafite é CG.
[0011] De forma alternativa, o produto de carbono tem uma densidade na faixa de 1,85 a 1,95 g / cm3 e uma resistividade na faixa de 500 a 2000 μΩ.αη. Isto é particularmente adequado para produtos em que a grafite é EG.
[0012] De preferência, o produto de carbono é uma escova de carbono, um mancai de carbono, uma vedação de carbono ou uma superfície de contato de escova.
[0013] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção proporciona um comutador para um motor elétrico, que compreende: uma base feita de material de isolamento; um membro eletricamente condutor fixado na base, o membro eletricamente condutor compreendendo uma pluralidade de barras, cada uma com uma espiga para a conexão de um fio condutor do motor; e um membro de contato formando uma superfície de contato de escova, o membro de contato compreendendo uma pluralidade de segmentos, cada um conectado eletricamente com uma barra correspondente, o membro de contato compreendendo microgrânulos de mesocarbono e grafite.
[0014] De preferência, o membro de contato em que a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é maior do que 1% mas menos do que 100% e a percentagem em peso de grafite é menor do que 99%.
[0015] De preferência, no membro de contato, a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 50 a 99% e a percentagem em peso de grafite é de 1 a 50%.
[0016] De preferência, no membro de contato, a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 70 a 80% e a percentagem em peso de grafite é de 20 a 30%.
[0017] De preferência, a grafite é grafite natural ou grafite artificial.
[0018] De preferência, o diâmetro dos microgrânulos de mesocarbono é menor do que 150 pm.
[0019] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção proporciona um método de fabricação de um produto de carbono, que compreende: misturar microgrânulos de mesocarbono e eletro-grafite; pressionar de forma iso-estática os microgrânulos de mesocarbono e eletro-grafite misturados, para formar uma peça em bruto; sinterizar a peça em bruto; grafitizar a peça em bruto sinterizada; e usinar a peça em bruto grafitizada para formar uma forma predeterminada do produto de carbono.
[0020] De preferência, o método inclui peneirar os microgrânulos de mesocarbono para escolher microgrânulos de mesocarbono com tamanho menor do que o tamanho predeterminado antes da etapa de mistura.
[0021] De acordo com um outro aspecto, a presente invenção proporciona um método de fabricação de um produto de carbono, compreendendo as etapas de: misturar em conjunto microgrânulos de mesocarbono em pó e carbono-grafite em pó; amassar os microgrânulos mesocarbono e grafite em pó misturados; comprimir o pó misturado para formar uma peça em bruto; sinterizar a peça em bruto; e usinar a peça em bruto sinterizada para formar o produto de carbono.
[0022] De preferência, o pó é peneirado após a etapa de amassamento e antes da etapa de compressão.
[0023] De preferência, o pó é misturado após a etapa de peneiração e antes da etapa de compressão.
[0024] De preferência, a peça em bruto é sinterizada tal que a densidade da peça em bruto sinterizada é na faixa de 1,6 a 1,8 g / cm3 e a resistividade da peça em bruto sinterizada é na faixa de 2.000 a 8.000 μΩ.αη. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0025] As formas de realização preferidas da invenção serão agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência às figuras dos desenhos anexos. Nas figuras, as estruturas idênticas, os elementos ou partes que aparecem em mais do que uma figura geralmente são rotuladas com um mesmo número de referência em todas as figuras em que aparecem. As dimensões dos componentes e características representadas nas figuras são geralmente escolhidas por conveniência e clareza na apresentação e não são, necessariamente, desenhadas em escala. Os valores estão listados abaixo.
[0026] A Fig. 1 ilustra um comutador de exemplo de um motor elétrico, que incorpora uma superfície de contato de escova de carbono; a Fig. 2 é uma fotografia que mostra a microestrutura de microgrânulos de mesocarbono; a Fig. 3 é um diagrama de blocos que ilustra um método de fabricação de um produto de carbono; a Fig. 4 é um diagrama de blocos que ilustra um outro método de fabricação de um produto de carbono; a Fig. 5 ilustra uma escova de carbono de exemplo para um motor elétrico, sendo um exemplo de um produto de carbono; a Fig. 6 ilustra um mancai de carbono de exemplo, sendo um exemplo de um produto de carbono; e a Fig. 7 ilustra uma vedação de carbono exemplar de, sendo um exemplo adicional de um produto de carbono.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS
[0027] Para simplificar a descrição, um comutador de um motor elétrico é tomado como um exemplo de um produto de carbono da presente invenção.
[0028] A Fig. 1 ilustra um comutador 10 de um motor elétrico de acordo com uma forma de realização da presente invenção. O comutador 30 compreende uma base feita de material de isolamento, tais como fenólicos, um membro eletricamente condutivo 50 fixado à base 30, e um membro de contato 70 que forma uma superfície de contato de escova configurada para contactar de modo deslizante com as escovas do motor. O membro condutor 50 compreende uma pluralidade de barras espaçadas 52 cada uma com uma espiga configurada para conexão de um fio condutor do motor. O membro de contato 70 compreende uma pluralidade de segmentos espaçados 72 dispostos em uma direção circunferencial do comutador 10. Cada segmento 72 está eletricamente conectado a uma barra correspondente 52 do membro condutor 50. O comutador ilustrado tem uma superfície de contato de escova plana, mas a invenção é também aplicável para comutadores com uma superfície de contato de escova cilíndrica.
[0029] O membro de contato 70 é feito de microgrânulos de mesocarbono e grafite. De preferência, a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 1 a 99% e a percentagem em peso de grafite é de 1 a 99%. Mais de preferência, a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 70 a 80% e a percentagem em peso de grafite é de 20 a 30%.
[0030] A Fig. 2 é uma fotografia mostrando a microestrutura de microgrânulos de mesocarbono. Na forma de realização da presente invenção, os microgrânulos de mesocarbono são de tamanho micro e podem ser derivados a partir de breu. Quando o breu é aquecido a aproximadamente 200°C, se toma uma massa fundida e a energia translacional exercida sobre as moléculas pela temperatura é mais elevada do que a energia de coesão. Como resultado, uma nova fase de nucleação homogênea é formada e chamada de mesofase. A mesofase crescente é em forma esférica, a fim de minimizar a energia de superfície. Quando a mesofase é desenvolvida, se toma microgrânulos.
[0031] A grafite pode ser grafite natural, que é uma forma mineral de grafite que ocorre na natureza. Grafite natural é extraída e processada e utilizada em uma variedade de aplicações, por exemplo, lubrificantes, vedações, isolamento, cargas e refratários.
[0032] De forma alternativa, a grafite pode ser grafite artificial, que é uma forma de origem humana produzida por tratamento térmico de carbono não grafítico a temperaturas acima de 2500°C. As grafites artificiais mais comuns são feitas geralmente como compósitos, em que o coque de petróleo moído é misturado em uma pasta com alcatrão de hulha e, em seguida, tratada termicamente a cerca de 1200 a 1400°C em uma etapa de calcinação para carbonizar o breu e conduzir todos os materiais voláteis a partir do coque de petróleo. Aquecimento adicional de 2500 a 3000°C provoca uma ordenação dos átomos de carbono para grafitizar a mistura em grafite verdadeiro. O uso típico de grafite artificial é em eletrodo de massa utilizado em fomos de arco de carbono para fundir aço, eletrodos da batería, e reatores nucleares.
[0033] A Fig. 3 ilustra um método de fabricação de um produto de carbono. O método compreende as etapas seguintes: misturar pó de microgrânulos de mesocarbono e eletro-grafite; pressionar de forma iso-estática os microgrânulos de mesocarbono e grafite misturados para formar uma peça em bruto; sinterizar a peça em bruto; grafitizar a peça em bruto sinterizada, a densidade da peça em bruto grafitizada é de preferência na faixa de 1,85 a 1,95 g / cm3, e a resistividade da peça em bruto grafitizada é de preferência na faixa de 500 a 2000 μΩ-cm; e usinar a peça em bruto grafitizada para formar um produto final tal como um membro de contato em forma de disco anular de um comutador.
[0034] De preferência, o método compreende adicionalmente uma etapa de peneiração dos microgrânulos de mesocarbono para escolher os microgrânulos de mesocarbono com tamanho predeterminado antes da etapa de mistura. Nesta forma de realização, o diâmetro dos microgrânulos de mesocarbono escolhidos é menor do que 150 pm.
[0035] A Fig. 4 ilustra outro método de preparação de um produto de carbono. O método compreende as seguintes etapas: misturar pó de microgrânulos de mesocarbono e carvão- grafite; amassar os microgrânulos de mesocarbono e pó de grafite misturados; comprimir o pó misturado para formar uma peça em bruto, de preferência comprimindo o pó misturado em um molde para formar uma peça em bruto com forma pré-determinada de um produto final; sinterizar a peça em bruto, a densidade da peça em bruto sinterizada é de preferência na faixa de 1,6 a 1,8 g / cm3, e a resistividade da peça em bruto sinterizada é de preferência na faixa de 2000 a 8000 μΩ-cm; e usinar a peça em bruto sinterizada para formar o produto final, tal como um membro de contato em forma disco anular de um comutador.
[0036] De preferência, o método compreende adicionalmente uma etapa de peneiração do pó após a etapa de amassamento. De preferência, o método compreende adicionalmente uma etapa de mistura do pó, após a etapa de peneiração.
[0037] Na presente invenção, o membro de contato do comutador é feito de microgrânulos de mesocarbono e grafite. Os microgrânulos de mesocarbono são capazes de autossinterização por conter β-resina como aglutinante, que reside na superfície dos microgrânulos de mesocarbono. Assim, não é necessário nenhum aglutinante adicional. Além disso, o produto de carbono da presente invenção tem uma excelente estabilidade térmica e química, condutividade elétrica e térmica e resistência melhorada devido ao uso de microgrânulos de mesocarbono. r [0038] E entendido que o produto de carbono da presente invenção pode ser uma escova de carbono 12, como mostrado na Fig. 5, um mancai de carbono 14 como mostrado na Fig. 6, ou uma vedação de carbono 16, tal como mostrado na Fig. 7. A vedação de carbono 16 mostrada na Fig. 7 é uma vedação de anel, mas outras formas de vedações de carbono são possíveis.
[0039] Na descrição e nas reivindicações do presente pedido, cada um dos verbos "compreender", "incluir", "conter" e "ter" e suas variações, são utilizados em um sentido inclusivo, para especificar a presença do item ou característica declarado, mas não exclui a presença de itens e características adicionais.
[0040] Deve ser notado que certas características da invenção, que são, para clareza, descritas no contexto de formas de realização separadas, podem também ser proporcionadas em combinação em uma única forma de realização. Inversamente, várias características da invenção que são, para brevidade, descritas no contexto de uma única forma de realização, podem também ser fornecidas separadamente ou em qualquer subcombinação adequada.
[0041] As formas de realização descritas acima são fornecidas apenas a título de exemplo, e várias outras modificações serão evidentes para as pessoas versadas na técnica sem se afastar do escopo da invenção como definido pelas reivindicações anexas.
REIVINDICAÇÕES

Claims (16)

1. Produto de carbono feito de microgrânulos de mesocarbono e grafite, caracterizado pelo fato de que a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 50 a 99% e a percentagem em peso de grafite é de 1 a 50%.
2. Produto de carbono de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a percentagem em peso de microgrânulos de mesocarbono é de 70 a 80% e a percentagem em peso de grafite é de 20 a 30%.
3. Produto de carbono de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o produto de carbono tem uma densidade na faixa de 1,6 a 1,8 g / cm3 e uma resistividade na faixa de 2.000 a 8.000 pO.cm.
4. Produto de carbono de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o produto de carbono tem uma densidade na faixa de 1,85 a 1,95 g / cm3 e uma resistividade na faixa de 500 a 2000 pO.cm.
5. Produto de carbono de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o produto de carbono é uma escova de carbono (12), um mancai de carbono (14), uma vedação de carbono (16) ou um membro de contato de escova (70) de um comutador (10).
6. Comutador para um motor elétrico, que compreende: uma base feita de material de isolamento (30); um membro eletricamente condutor (50) fixado à base, o membro eletricamente condutor compreendendo uma pluralidade de barras (52) cada uma com uma espiga para a conexão de um fio condutor do motor; e um membro de contato (70) formando uma superfície de contato de escova, o membro de contato compreendendo uma pluralidade de segmentos (72), cada um conectado eletricamente com uma barra correspondente, caracterizado pelo fato de que o membro de contato (70) compreende microgrânulos de mesocarbono e grafite.
7. Comutador de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que no membro de contato (70), a percentagem em peso dos microgrânulos de mesocarbono é de 50 a 99% e a percentagem em peso de grafite é de 1 a 50%.
8. Comutador de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que no membro de contato (70), a percentagem em peso dos microgrânulos de mesocarbono é de 70 a 80% e a percentagem em peso de grafite é de 20 a 30%.
9. Comutador de acordo com a reivindicação 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o diâmetro dos microgrânulos de mesocarbono é menor do que 150 pm.
10. Método de fabricação de um produto de carbono, caracterizado pelo fato de que compreende: misturar em conjunto os microgrânulos de mesocarbono e eletro-grafite; pressionar de forma iso-estática os microgrânulos de mesocarbono e eletro-grafite misturados para formar uma peça em bruto; sinterizar a peça em bruto; grafitizar a peça em bruto sinterizada; e usinar a peça em bruto grafitizada para formar uma forma predeterminada do produto de carbono.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente peneirar os microgrânulos de mesocarbono para escolher os microgrânulos de mesocarbono com tamanho menor do que o tamanho predeterminado antes da etapa de mistura.
12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de sinterização da peça em bruto compreende sinterizar a peça em bruto de modo que a peça em bruto sinterizada tenha uma densidade na faixa de 1,85 a 1,95 g / cm3 e uma resistividade na faixa de 500 a 2000 pO.cm.
13. Método de fabricação de um produto de carbono, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: misturar em conjunto o pó de microgrânulos de mesocarbono e pó de carbono-grafite; amassar os microgrânulos de mesocarbono e pó de grafite misturados; comprimir o pó misturado para formar uma peça em bruto; sinterizar a peça em bruto; e usinar a peça em bruto sinterizada para formar o produto de carbono.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente uma etapa de peneiração do pó, após a etapa de amassamento e antes da etapa de compressão.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente uma etapa de mistura do pó peneirado após a etapa de peneiração e antes da etapa de compressão.
16. Método de acordo com a reivindicação 13, 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de sinterização da peça em bruto compreende sinterizar a peça em bruto de modo que a peça em bruto sinterizada tenha uma densidade na faixa de 1,6 a 1,8 g / cm3 e uma resistividade na faixa de 2000 a 8000 μΩχπι.
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