CN103192718A - 一种受电弓滑板用复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种受电弓滑板用复合材料及其制备方法，增强体为由炭纤维与铜丝构成的三维混合编织体。首先对混合编织体进行超声波去油活化；采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H₂作为稀释气体和炉压调节气，将混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积；将沉积有热解炭的坯体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性树脂为浸渍剂，采用高压浸渍工艺进行处理，最后依次经固化、炭化后得到该复合材料；该受电弓滑板用复合材料增强体选用炭纤维与铜丝的混合编织体，实现了金属铜在复合材料中形成互为连通状的网络结构，为在载流状态下电子的运动提供了低电阻通道，具有良好的机械性能及优良的导电性能，热解炭的引入提高了耐磨性及抗电弧侵蚀性能。

Description

一种受电弓滑板用复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于受电弓滑板制备技术领域，尤其涉及一种受电弓滑板用复合材料及其制备方法。

背景技术

受电弓滑板是电力机车供电部分的咽喉部件，电力机车提速的极限主要取决于弓网受流技术、车辆技术及制动技术，其中，弓网受流技术是确保铁路提速和重载牵引的关键。随着铁路向高速化、电气化方向发展，受电弓滑板材料也在改进和升级换代。受电弓滑板与电网导线摩擦接触，从接触网导线上集取电流，为机车持续供应电力。由于其工况条件恶劣，在运行过程中的拉弧烧损易导致摩擦副，尤其是电网导线的异常磨损。现有受电弓滑板的选用原则是首先要保护网线，其次再考虑滑板本身的使用寿命。为此，滑板材料需同时满足或协调以下主要性能指标：高导电率、较高的机械强度、耐磨性能、优良的自润滑能及良好的耐热、耐电弧性。通常在滑板材料的制备过程中，要提高其某一方面性能的同时也会以牺牲另一方面的性能为代价。因此，研制兼具或协调上述主要性能指标的受电弓滑板材料一直是人们追求的目标。

已使用的受电弓滑板按材质划分主要有金属滑板、粉末冶金滑板、炭滑板、浸金属炭滑板和复合材料滑板。金属滑板具有械强度高、导电性好的特点，但其和接触导线材质相近，与接触网导线粘着效应较强，无自润滑性能，对接触网导线磨损非常严重，只能在采取润滑措施的钢铝导线区段使用，不能在混架区段和铜接触线区段使用，该类型滑板现已不能适应电气化铁路发展的需要。粉末冶金滑板具有较高的机械强度和优异的抗冲击性，较低的电阻率及良好的热传导性，但由于粉末冶金滑板材料是金属体，和导线材质相似，其自润滑性能差，所以粉末冶金滑板对导线磨损较大、抗电弧能力弱，尤其在离线或触线的瞬间，易出现电弧，从而将滑板烧蚀，甚至把网线烧熔，造成断线、粘连，形成凹凸不平和毛刺等状况。针对粉末冶金滑板材质润滑较少、含油较低的特点，后提出了机械复合式铜基粉末冶金滑板，这种滑板可随时提供润滑，降低了滑板对接触线的磨耗，但仍由于自润滑性能差，导致其应用范围并不广泛。纯炭滑板自润滑性和减磨性能好，在与铜接触导线摩擦时可在导线上持续补给润滑炭膜，具有减少导线磨损的效果。但纯炭滑板机械强度低，耐冲击性差，运行中遇到导线硬点容易造成滑板折断或破裂，特别是在雨季和潮湿地区，易局部拉沟，出现弓网事故。另外，纯炭滑板固有电阻大，集电容量小，接触区温度高，易引起导线过热氧化腐蚀，反而加速了摩擦副的磨耗。浸金属炭滑板导电性能优良，有整体式和组装式两类，既具有粉末冶金滑板机械强度高、电阻率小的特点，又具有纯炭滑板对导线磨耗小、能在导线摩擦表面形成润滑膜，且熄弧性强等特点，被认为是目前对导线适应能力较强的滑板类型。浸金属炭滑板虽然保留了炭滑板的润滑性和耐腐蚀性好，与炭滑板相比具有高机械强度、低电阻率的特点，但因金属的浸渍存在不均匀现象，导致不能很好的在滑板内部形成连通的电子通道，且其抗冲击能力不足，相对强度较低，易出现掉块现象，运用过程中仍需进行1～2次以上的整形等，且对导线的磨耗仍然偏大，造价昂贵。复合材料滑板主要有炭纤维复合材料滑板、炭-金属纤维复合材料滑板和炭-铜复合材料滑板。炭纤维复合材料滑板主要是采用金属粉末为导电成分或直接以炭质材料为导电材料，以炭纤维为增强材料，以石墨为润滑成分，以热固性树脂为粘结剂热压固化而成。炭-金属纤维复合材料滑板主要以金属短纤维、金属粉末或它们的混合物增强炭基体，进行冷压或热压，经过高温烧结制成。炭-铜复合材料滑板主要是由铜、炭纤维、石墨和添加剂等构成，经冷压成型后再烧结制得的复合材料。但炭纤维复合材料滑板导电性能较差，磨损过程中局部摩擦特性不稳定等因素导致其不能在电力机车领域广泛应用。炭-金属纤维复合材料滑板和炭-铜复合材料滑板中铜质粉末在成型过程中易偏析聚集导致局部出现类似粉末冶金滑板的特性，在离线或触线的瞬间易出现电弧烧熔，造成接触导电粘连和毛刺等状况。另外，该类滑板中铜不能很好地形成连续的三维网络结构，仍存在强度较低，脆性易折断的缺陷。目前炭-铜复合材料滑板材料的工业化生产还欠成熟，尚未投入工业化使用。

发明内容

本发明提供了一种受电弓滑板用复合材料及其制备方法，旨在解决现有技术提供的受电弓滑板制备工艺复杂、产品综合性能不稳定、制造困难、使用可靠性较低和适用范围小的问题。

本发明的目的在于提供一种受电弓滑板用复合材料，该受电弓滑板用复合材料的增强体为由炭纤维与铜丝采用三维编织方法混合编织的混合编织体。

进一步，制备混合编织体时，可采用的三维编织方法包括：准三维针刺编织、四步法三维编织、二步法三维编织。

进一步，混合编织体的初始尺寸为100×30×25mm³-250×30×25mm³，混合编织体的初始密度为0.7-1.1g/cm³，所含铜的质量百分比为18-36％，摩擦面上Cu的面积百分比为10-25％；

制备混合编织体时，选用的是聚丙烯腈碳纤维，选用的是导电性能优良的紫铜丝，紫铜丝的直径为0.1-0.5mm。

进一步，基体炭是包括热解炭和树脂炭两种类型，热解炭是通过CVI沉积包覆在铜丝的表面，树脂炭是在沉积有一定量热解炭的坯体中，通过高温浸渍热固性树脂，然后依次经固化、炭化残留在受电弓滑板用复合材料中。

本发明的另一目的在于提供一种受电弓滑板用复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一，对由炭纤维与铜丝编织而成的混合编织体进行超声波去油活化；

步骤二，采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H₂作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积；

步骤三，将沉积有热解炭的混合编织体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性树脂为浸渍剂，采用高压浸渍工艺进行处理后，依次经固化、炭化后得到该复合材料。

进一步，步骤一中，对由炭纤维与铜丝编织而成的混合编织体进行超声波去油活化的具体实现方法为：

将炭纤维与铜丝的混合编织体依次在稀碱溶液、稀酸溶液、蒸馏水、无水乙醇中超声波清洗机中震荡清洗，震荡时间为3-8min，清洗后烘干备用。

进一步，该制备方法通过弱碱溶液将混合编织体中残留的油除净；

该制备方法通过弱酸溶液将混合编织体中的铜丝活化，增强铜丝与炭纤维的结合力；

该制备方法通过蒸馏水将混合编织体中残留的酸稀释，使PH值为中性；

该制备方法通过乙醇将混合编织体中残留的水排出。

进一步，步骤二中，采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H2作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积时，丙烯的流量为0.8-1.0L/min，氢气流量为0.6-0.1L/min；沉积环境温度在700～1080℃，不同温度得到不同结构的热解炭，沉积压力在2～7kPa，沉积时间为24-40h。

进一步，步骤二中，在对混合编织体CVI沉积完成后，需测量所得坯体的密度，若其没有达到1.2-1.5g/cm³，重复进行CVI沉积，同时在进行下次CVI沉积前，要对坯体进行去焦处理。

进一步，步骤三中，可使用的热固性树脂有糠酮树脂、热固性酚醛树脂、呋喃树脂。

本发明提供的受电弓滑板用复合材料及其制备方法，该受电弓滑板用复合材料的增强体为由炭纤维与铜丝采用三维编织方法混合编织的混合编织体，制备时，首先对由炭纤维与铜丝编织而成的混合编织体进行超声波去油活化；然后采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H₂作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积；最后将沉积有热解炭的坯体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性树脂为浸渍剂，采用高压浸渍工艺进行处理，最后依次经固化、炭化后得到该复合材料；该受电弓滑板用复合材料增强体选用炭纤维与铜丝的混合编织体，实现了金属铜在复合材料中形成互为连通状的网络结构，为在载流状态下电子的运动提供了低电阻“通道”，热解炭的引入既提高了耐磨性及抗电弧侵蚀性能，还限制了复合材料滑板中铜纤维在后续热处理过程中被熔融流动和因增强纤维的断裂而整体性能下降，制备工艺简单、产品综合性能稳定、使用可靠性较高和适用范围广，具有较强的推广与应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的受电弓滑板用复合材料的增强体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的受电弓滑板用复合材料的制备方法的流程图。

图中：1、铜丝；2、炭纤维。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

图1示出了本发明实施例提供的受电弓滑板用复合材料的增强体结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

本发明的目的在于提供一种受电弓滑板用复合材料，该受电弓滑板用复合材料的增强体为由炭纤维2与铜丝1采用三维编织方法混合编织的混合编织体。

在本发明实施例中，制备混合编织体时，可采用的三维编织方法包括：准三维针刺编织、四步法三维编织、二步法三维编织等。

在本发明实施例中，混合编织体的初始尺寸为100×30×25mm³-250×30×25mm³，混合编织体的初始密度为0.7-1.1g/cm³，所含铜的质量百分比为18-36％，摩擦面上Cu的面积百分比为10-25％；

制备混合编织体时，选用的是聚丙烯腈碳纤维，选用的是导电性能优良的紫铜丝，紫铜丝的直径为0.1-0.5mm。

在本发明实施例中，基体炭是包括热解炭和树脂炭两种类型，热解炭是通过CVI沉积包覆在铜丝1的表面，树脂炭是在沉积有一定量热解炭的坯体中，通过高温浸渍热固性树脂，然后依次经固化、炭化残留在受电弓滑板用复合材料中。

图2示出了本发明实施例提供的受电弓滑板用复合材料的制备方法的实现流程。

该制备方法包括以下步骤：

步骤一，对由炭纤维2与铜丝1编织而成的混合编织体进行超声波去油活化；

步骤二，采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H₂作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积；

步骤三，将沉积有热解炭的混合编织体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性树脂为浸渍剂，采用高压浸渍工艺进行处理后，依次经固化、炭化后得到该复合材料。

在本发明实施例中，步骤一中，对由炭纤维2与铜丝1编织而成的混合编织体进行超声波去油活化的具体实现方法为：

将炭纤维2与铜丝1的混合编织体依次在稀碱溶液、稀酸溶液、蒸馏水、无水乙醇中超声波清洗机中震荡清洗，震荡时间为3-8min，清洗后烘干备用。

在本发明实施例中，该制备方法通过弱碱溶液将混合编织体中残留的油除净；

该制备方法通过弱酸溶液将混合编织体中的铜丝1活化，增强铜丝1与热解炭的结合力；

该制备方法通过蒸馏水将混合编织体中残留的酸稀释，使PH值为中性；

该制备方法通过乙醇将混合编织体中残留的水排出。

在本发明实施例中，步骤二中，采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H2作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积时，丙烯的流量为0.8-1.0L/min，氢气流量为0.6-0.1L/min；沉积环境温度在700～1080℃，不同温度得到不同结构的热解炭，沉积压力在2～7kPa，沉积时间为24-40h。

在本发明实施例中，步骤二中，在对混合编织体CVI沉积完成后，需测量所得坯体的密度，若其没有达到1.2-1.5g/cm³，重复进行CVI沉积，同时在进行下次CVI沉积前，要对坯体进行去焦处理。

在本发明实施例中，步骤三中，可使用的热固性树脂有糠酮树脂、热固性酚醛树脂、呋喃树脂；

浸渍前试样应先预热，浸渍温度为40～80℃，浸渍罐真空度为0.098MPa，浸渍压力为1.5-3.0MPa，保压3h，再在160～230℃下进行固化，固化后转炭化炉进行炭化处理，炭化温度为700～1000℃。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明针对现有电力机车用受电弓滑板材料的不足，尤其是为实现金属铜形成互为连通状的网络结构，提出了一种以炭纤维2与铜丝1的混合编织体作为增强体，以热解炭和树脂炭作为基体炭的受电弓滑板材料的制备方法，从而使得该材料兼有纤维增强材料的高机械性能，又为电子的移动提供了具有连通网络结构的低电阻“通道”，增强了其导电性能。此外，热解炭和树脂炭相结合的基体使得其载流摩擦磨损性能也得到了提高。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方式实现：以炭纤维2与铜丝1的混合编织体作为增强体，经超声波去油活化后，采用CVI技术沉积热解炭，以引入第一种基体炭，还可以保护炭纤维2和铜丝1不被后续工艺所损坏。经过多次反复沉积、去焦处理，在坯体密度达到1.2-1.5g/cm³之后，将沉积有热解炭的坯体放入高压浸渍罐中，采用高压浸渍法浸渍热固性树脂，封闭半成品内的微孔，以引入第二种炭基体。浸渍完成后，在160-230℃下固化，然后在炭化炉中对固化后的坯体进行炭化，之后加工成型，即制得C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板。

上述C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板，增强体为炭纤维2与铜丝1的混合编织体，是将聚丙烯腈碳纤维与铜丝1采用三维编织技术混合编织而成，编制的方法可以选择为准三维针刺编织、四步法三维编织、三维正交编织等。例如准三维针刺编织，在炭纤维2层面(制得的复合材料的摩擦面)法线方向也编织有细铜丝1，以保证获得良好摩擦性能的同时，也提高了该方向的导电性能。

上述C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板，增强体为炭纤维2与铜丝1的混合编织体，编织体初始尺寸为100×30×25mm³-250×30×25mm³。混合编织体的初始密度宜为0.7-1.1g/cm³，所含铜的质量百分比为18-36％，摩擦面上Cu的面积百分比为10-25％。

上述C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板，铜丝1选用的是导电性能优良的紫铜丝，其直径为0.1-0.5mm。

上述C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板，基体炭是包括热解炭和树脂炭两种类型，热解炭是通过CVI工艺有效的包覆在铜丝1的表面，树脂炭是在沉积有一定量热解炭的坯体中，通过高温浸渍热固性树脂，然后依次经固化、炭化残留在滑板材料中。

上述C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板，制备主要方法包括以下步骤：

1)超声波去油活化：超声波去油活化是将炭纤维2与铜丝1的混合编织体依次在稀碱溶液、稀酸溶液、蒸馏水、无水乙醇中超声波清洗机中震荡清洗，震荡时间为3-8min，清洗后烘干备用；弱碱溶液是为了将增强体中残留的油除净。弱酸溶液是为了将增强体中的铜丝1活化，增强其与炭的结合力；蒸馏水是为了将增强体中残留的酸稀释，使其PH值接近中性；乙醇是为了将增强体中残留的水排出。

2)CVI技术沉积热解炭：CVI技术沉积热解炭是采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H₂作为稀释气体和炉压调节气，将增强体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积。丙烯的流量为0.8-1.0L/min，氢气流量为0.6-0.1L/min；沉积环境温度在700～1080℃，不同温度得到不同结构的热解炭，沉积压力在2～7kPa，沉积时间为24-40h；沉积完成后，测量所得坯体的密度，若其没有达到1.2-1.5g/cm³，重复步骤2；由于要经过多次的沉积，而每次沉积后坯体的表面会有结焦，造成封孔，影响下次沉积的效果。故而在进行下次沉积前要对坯体进行去焦处理，增加其开孔率。

3)树脂浸渍、固化及炭化：将沉积一定量热解炭后的坯体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性树脂为浸渍剂，可选的热固性树脂有糠酮树脂、热固性酚醛树脂、呋喃树脂，采用高压浸渍工艺进行处理。浸渍前试样应先预热，浸渍温度为40～80℃，浸渍罐真空度为0.098MPa，浸渍压力为1.5-3.0MPa，保压3h。再在160～230℃下进行固化，固化后转炭化炉进行炭化处理，炭化温度为700～1000℃。

实施例1：

一种C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板，其以准三维针刺编织的炭纤维2与铜丝1的混合编织体作为增强体，编织体初始尺寸为100×30×25mm³，混合编织体的初始密度为1.0g/cm³，所含铜的质量百分比为25％，摩擦面上Cu的面积百分比为15％。选用的紫铜丝直径为0.1mm。制得的C_f/Cu-C复合材料密度为1.84g/cm³，电阻率为8.12μΩ/m，抗压强度为168MPa、抗弯强度为121MPa，洛氏硬度为53HRC，将滑板材料加工成截面为1cm³，高为20mm的圆柱状样，在自制的载流摩擦磨损机(ZL201220060420.5)上进行载流摩擦磨损试验，实验参数为电流为200A，载荷为65N，磨损时间为3min。测得其最高电弧高度为9mm，磨损量为0.3953g，载流摩擦磨损率为1.1*10^-6g/(m*N)。Cu丝作为导电相，在整体材料中与炭的界面结合良好，没有出现明显裂纹。铜丝1在材料整体中提供了一条完整的导电通道(导电网络结构)，增加了其导电性能，同时从摩擦的表面来看，其磨损性能也得到提高。

本实施例的C_f/Cu-C复合材料受电弓滑板主要通过以下步骤制备而来的：

1)超声波去油活化：超声波去油活化是将炭纤维2与铜丝1的混合编织体依次在PH＝9的NaOH稀溶液、PH＝6为HCl稀溶液、蒸馏水、无水乙醇中超声波清洗机中震荡清洗，超声波清洗机型号为JP-040B，频率为40KHz，震荡时间为5min，清洗后烘干后备用；

2)CVI技术沉积热解炭：CVI技术沉积热解炭是采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H₂作为稀释气体和炉压调节气，将增强体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积。丙烯的流量为0.8L/min，氢气流量为0.6L/min；沉积环境温度在900℃，沉积压力在5kPa，沉积时间为30h。沉积完成后，测量所得坯体的密度为1.3g/cm³；

3)树脂浸渍、固化及炭化：将沉积后得到的坯体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性酚醛树脂为浸渍剂，采用高压浸渍工艺进行处理。浸渍前试样应先预热，浸渍温度为60℃，浸渍罐真空度为0.098MPa，浸渍压力为2MPa，保压3h。再在180℃下进行固化，固化后转炭化炉进行炭化处理，炭化温度为900℃。

实施例2：

与实施例1不同的是，其以二步法三维编织的炭纤维2与铜丝1的混合编织体作为增强体，混合编织体的初始密度为1.0g/cm³。CVI技术沉积热解炭过程单次沉积时间为30h。每次沉积完成后，对坯体进行去焦处理，连续沉积3次后(总时间为90h)使得坯体的密度达到1.5g/cm³。以糠酮为浸渍剂，浸渍压力为2MPa，保压3h。再在150℃下进行固化，固化后转炭化炉进行炭化处理，炭化温度为750℃。制得的C_f/Cu-C复合材料密度为1.96g/cm³，电阻率为5.67μΩ/m，抗压强度为183Mpa、抗弯强度为132Mpa，洛氏硬度为58HRC，在自制摩擦磨损机上进行载流摩擦磨损试验，测得其最高电弧高度为2mm，磨损量为0.1785g，载流摩擦磨损率为0.5*10^-6g/(m*N)。

该滑板材料较传统的滑板材料相比，一方面，由于增强体选用的是炭纤维2与铜丝1的混合编织体，实现了金属铜在复合材料中形成互为连通状的网络结构，为在载流状态下电子的运动提供了低电阻“通道”，故而其除了具有良好的机械性能外，还具有优良的导电性能。另一方面，在基体炭的组成上，热解炭的引入既提高了该滑板材料的耐磨性及抗电弧侵蚀性能，还具有限制复合材料滑板中铜纤维在后续热处理过程中被熔融流动和因增强纤维的断裂而整体性能下降的特点，有效地实现了炭纤维2/细铜丝1双增强相编织体的复合作用。制得的炭纤维2/细铜丝1复合材料滑板在力学性能、导电性能和抗电弧侵蚀性能方面有了明显的增加，使其和载流磨损性能明显优于传统现有纯炭滑板和炭-金属复合材料滑板。

基于现有受电弓滑板材料均难以兼具高导电率、较高的机械强度和优良的自润滑能及良好的抗电弧性等特点。为实现增强体互为连通状的网络结构的设想，大幅度提高复合材料滑板的导电性、机械强度、耐磨性和自润滑性，本发明提出了采用炭纤维2和超细铜丝1穿刺编织体为“双网络构架”，以解决滑板材料机械强度不足和电阻率过大的缺陷；采用CVI热解炭包覆固结双网络构架的“结点”，实现双网络构架的整体性能的思想。并发明实现了该思想的核心制备工艺流程。应用表明，该炭纤维2/超细铜丝1复合材料滑板的体积电阻率与浸金属炭滑板相当，载流磨损率接近现役纯炭滑板，但冲击强度却明显优于纯炭材料滑板。本发明具有制备工艺简单、产品综合性能稳定、制造容易、使用可靠和适用范围广、准确等优点。

本发明实施例提供的受电弓滑板用复合材料及其制备方法，该受电弓滑板用复合材料的增强体为由炭纤维2与铜丝1采用三维编织方法混合编织的混合编织体，制备时，首先对由炭纤维2与铜丝1编织而成的混合编织体进行超声波去油活化；然后采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H2作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积；最后将沉积有热解炭的坯体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性树脂为浸渍剂，采用高压浸渍工艺进行处理，最后依次经固化、炭化后得到该复合材料；该受电弓滑板用复合材料选用炭纤维2与铜丝1的混合编织体，实现了金属铜在复合材料中形成互为连通状的网络结构，为在载流状态下电子的运动提供了低电阻“通道”，具有良好的机械性能及优良的导电性能，热解炭的引入既提高了耐磨性及抗电弧侵蚀性能，还限制了复合材料滑板中铜纤维在后续热处理过程中被熔融流动和因增强纤维的断裂而整体性能下降，制备工艺简单、产品综合性能稳定、使用可靠性较高和适用范围广，具有较强的推广与应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种受电弓滑板用复合材料，其特征在于，该受电弓滑板用复合材料的增强体为由炭纤维与铜丝采用三维编织方法混合编织而成的混合编织体。

2.如权利要求1所述的受电弓滑板用复合材料，其特征在于，制备混合编织体时，可采用的三维编织方法包括：准三维针刺编织、四步法三维编织、二步法三维编织。

3.如权利要求1所述的受电弓滑板用复合材料，其特征在于，混合编织体的初始尺寸为100×30×25mm³-250×30×25mm³，混合编织体的初始密度为0.7-1.1g/cm³，所含铜的质量百分比为18-36％，摩擦面上Cu的面积百分比为10-25％；

制备混合编织体时，选用的是聚丙烯腈碳纤维，选用的是导电性能优良的紫铜丝，紫铜丝的直径为0.1-0.5mm。

4.如权利要求1所述的受电弓滑板用复合材料，其特征在于，基体炭是包括热解炭和树脂炭两种类型，热解炭是通过CVI沉积包覆在铜丝的表面，树脂炭是在沉积有一定量热解炭的坯体中，通过高温浸渍热固性树脂，然后依次经固化、炭化残留在受电弓滑板用复合材料中。

5.一种受电弓滑板用复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤一，对由炭纤维与铜丝编织而成的混合编织体进行超声波去油活化；

步骤二，采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H₂作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积；

步骤三，将沉积有热解炭的混合编织体放入真空-压力浸渍罐中，以热固性树脂为浸渍剂，采用高压浸渍工艺进行处理后，依次经固化、炭化后得到该复合材料。

6.如权利要求5制备方法，其特征在于，步骤一中，对由炭纤维与铜丝编织而成的混合编织体进行超声波去油活化的具体实现方法为：

将炭纤维与铜丝的混合编织体依次在稀碱溶液、稀酸溶液、蒸馏水、无水乙醇中超声波清洗机中震荡清洗，震荡时间为3-8min，清洗后烘干备用。

7.如权利要求6制备方法，其特征在于，该制备方法通过弱碱溶液将混合编织体中残留的油除净；

该制备方法通过弱酸溶液将混合编织体中的铜丝活化，增强铜丝与热解炭的结合力；

该制备方法通过蒸馏水将混合编织体中残留的酸稀释，使PH值为中性；

该制备方法通过乙醇将混合编织体中残留的水排出。

8.如权利要求5制备方法，其特征在于，步骤二中，采用丙烯作为沉积热解炭的前驱体，以H2作为稀释气体和炉压调节气，将超声波去油活化后的混合编织体放入化学气相沉积炉中进行CVI沉积时，丙烯的流量为0.8-1.0L/min，氢气流量为0.6-0.1L/min；沉积环境温度在700～1080℃，不同温度得到不同结构的热解炭，沉积压力在2～7kPa，沉积时间为24-40h。

9.如权利要求5制备方法，其特征在于，步骤二中，在对混合编织体CVI沉积完成后，需测量所得坯体的密度，若其没有达到1.2-1.5g/cm³，重复进行CVI沉积，同时在进行下次CVI沉积前，要对坯体进行去焦处理。

10.如权利要求5制备方法，其特征在于，步骤三中，采用的热固性树脂有糠酮树脂、热固性酚醛树脂、呋喃树脂。

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