CN104608641B - 一种电力机车用炭/炭‑石墨/铜受电弓滑板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力机车用炭/炭‑石墨/铜受电弓滑板的制备方法，该方法为：一、采用炭纤维针刺体或者是炭纤维编织体作为预制体材料；二、化学气相沉积致密；三、将树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合、搅拌均匀；四、树脂混合物浸渍、固化、炭化处理；五、高温石墨化处理；六、树脂混合物浸渍、固化、炭化处理；七、机械加工后，制得电力机车用炭/炭‑石墨/铜受电弓滑板。本发明采用炭纤维作为骨架，热解炭基体、树脂炭基体、石墨粉和铜粉作为增强体的炭/炭‑石墨/铜复合材料受电弓滑板，具有力学性能优异，机械强度高、抗冲击韧性好、电阻率低、自润滑性能好以及抗摩擦磨损能力强等优点。
Description
技术领域
本发明属于交通运输车辆配件技术领域，具体涉及一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法。
背景技术
受电弓滑板是电力机车从供电接触网获取电能的关键部件，安装在受电弓的最上部，直接与接触网导线相接触；受电弓滑板在自然环境中工作，并且在运行中与接触网导线不断产生摩擦和冲击，受电弓滑板与接触网导线的关系构成一对机械与电气耦合的特殊摩擦副，因此对选用材料的综合性能有严格的要求。
作为电力机车从接触网上输入电能的关键部件即受电弓滑板在制备技术的改进和性能的改善等方面仍没有得到很好地解决,国内使用的受电弓滑板大多依赖进口,急需开发出符合实际使用工况的、性能优异的电接触滑动材料。
滑板按材质主要分为金属基滑板和炭系滑板两大类，金属基滑板包括纯金属滑板和粉末冶金滑板；炭系滑板包括纯炭滑板和渗金属炭滑板，其中，纯金属滑板由于和接触导线材质相近，亲和力强，对接触导线磨耗十分严重，目前已淘汰；粉末冶金滑板分为铁基和铜基两种，铁基适用于钢铝接触导线，铜基适用于铜接触导线，粉末冶金滑板机械强度高，抗冲击性能较好，电阻率低，有一定的自润滑性，自身耐磨性好，使用寿命较长，一般可达3.5-7万公里，目前被广泛采用，但是，由于粉末冶金滑板的基材仍是金属体，与接触导线材质类似，粉末冶金滑板对接触导线磨耗仍十分严重；纯炭滑板的最大优点是自润滑性能优良，对接触导线磨损小，炭滑板滑动时电磁噪声小，且耐高温，耐弧性强，不易和接触导线发生焊附现象，但是炭滑板机械强度低，耐冲击性差，运行中遇到导线硬点易折断和破碎，炭滑板固有电阻大，接触温度高，有可能引起导线过热氧化，加速导线磨耗；浸金属炭滑板具有纯炭滑板对导线磨耗小和耐弧性强的特点，同时导电性和机械强度比纯炭滑板均有所提高，但是，浸金属炭滑板的机械强度，尤其是抗冲击强度有待进一步提高。
根据资料检索，中国发明专利CN1178745A公开了一种炭-炭复合材料受电弓滑板，采用炭纤维增强炭基复合材料制造电力机车受电弓滑板，以镀铜碳粉为基体材料，采用短纤维作为增强剂，热固性树脂作为粘接剂，将原料混合进行冷压和热压，使热固性树脂固化成型，这种受电弓滑板材料摩擦磨损性能好，但是机械强度不高；中国发明专利CN101049803A采用针刺无纬布准三向结构预制体，通过化学气相沉积热解炭，树脂浸渍-炭化反复致密处理数次，制的密度≥1.70g/cm3的电力机车受电弓滑板材料，这种滑板虽然密度小，质量轻，机械强度高，但是电阻率较大，自润滑能力不强，对导线磨损较为严重；中国专利CN 101830723A采用高残炭的树脂溶液中加入硼催化剂和分散剂，再将其浸渍于炭纤维编织体中，之后经过加压固化处理和常压炭化处理，最后进行高温石墨化处理，制得的受电弓滑板虽然具有良好的摩擦性能和导电性能，但是采用纯树脂致密炭纤维编织体，经过高温处理由于树脂收缩会出现大量孔隙，使滑板整体强度下降，另外，树脂炭是硬炭，对导线的磨损量较大，不利于保护导线。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种工艺简单、致密效果好、机械强度高、导电性能好、抗摩擦磨损且具有自润滑能力的使用性能优异的电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：采用炭纤维针刺体或炭纤维编织体作为预制体材料，预制体密度控制在0.18 g/cm3-0.80g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯或天然气作为碳源气体，气体流量为0.5m3/h-5.0m3/h，当预制体密度≥1.10g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为0.5wt%-15wt %，铜粉含量为0.1 wt%-15 wt %，余量为树脂，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为1.0MPa-5.0MPa下进行浸渍2h-10h后，然后在固化炉内固化处理，出炉后转炭化炉炭化处理，反复浸渍、固化、炭化处理数次，至预制体密度≥1.60g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为5℃/h-200℃/h的条件下升温至1600℃-2500℃，然后保温2h-4h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为1.0MPa-5.0MPa下进行浸渍2h-10h后，然后在固化炉内固化处理，出炉后转炭化炉炭化处理。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
上述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，步骤一中所述的炭纤维针刺体包括PAN基1K-24K炭布（包括平纹布、斜纹布和缎纹布）与PAN基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、PAN基无纬布与PAN基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、PAN基全短纤维网胎铺层针刺预制体、粘胶基1K-24K炭布（包括平纹布、斜纹布和缎纹布）与粘胶基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、粘胶基无纬布与粘胶基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、粘胶基全短纤维网胎铺层针刺预制体、沥青基1K-24K炭布（包括平纹布、斜纹布和缎纹布）与沥青基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、沥青基无纬布与沥青基短纤维网胎交替铺层针刺预制体和沥青基全短纤维网胎铺层针刺预制体。
上述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，步骤一中所述的炭纤维编织体包括炭纤维（PAN基、粘胶基和沥青基）3-9向编织预制体，（PAN基、粘胶基和沥青基）炭布穿刺预制体。
上述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，步骤二中所述的化学气相沉积致密工艺，升温速率为5℃/h-200℃/h，沉积温度为840℃-1200℃，沉积时间为50h-300h。
上述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，步骤三中所述的树脂包括酚醛树脂、环氧树脂和糠酮树脂。
上述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，步骤四中所述的固化温度为140℃-240℃，炭化温度为700℃-1200℃。
上述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，步骤六中所述的固化温度为140℃-240℃，炭化温度为700℃-1200℃。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、与传统电力机车受电弓滑板的制备技术相比，本发明采用炭纤维作为骨架，热解炭基体、树脂炭基体、石墨粉和铜粉作为增强体的炭/炭-石墨/铜复合材料受电弓滑板，其压缩强度≥350MPa，弯曲强度≥260MPa，剪切强度≥100MPa，冲击韧性≥2.5J/cm2，电阻率≤12.0μΩ.m，磨损率≤12.0mm/10000km，因此，具有高的力学性能，良好的导电性能和低磨损率等优点。
2、本发明步骤三中，采用将铜粉和石墨粉与树脂混合浸渍、固化/炭化的致密技术，利用铜的高导电性能，加入铜粉更进一步的降低滑板材料的电阻率，且该技术与传统渗铜技术相比，工艺过程简单，铜粉在滑板材料中的分布均匀，因此，其铜粉加入到树脂中，以树脂作为载体渗入预制体孔隙内，经过固化、炭化工艺后，均匀填充于预制体孔隙内的制备技术具有创新性；本发明充分利用石墨粉的高润滑性能，在树脂中加入石墨粉作为润滑剂，以树脂作为载体渗入预制体孔隙内，并且均匀填充于预制体孔隙内的思路具有新颖性，制备技术具有创新性。
3、本发明步骤六中，在高温石墨化处理开孔后再进行浸渍树脂、石墨粉和铜粉混合物固化/炭化致密封孔，大大的降低了滑板材料的孔隙率，使孔隙率≤3.0%，对高温石墨化处理后的滑板材料起到力学性能补强的作用，可以防止受电弓滑板缺损和破裂，这一工艺技术对于受电弓滑板的制备具有创新性。
4、用该工艺技术制得的电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板对接触导线磨损量小，可以达到保护接触导线的目的。
附图说明
图1是本发明制备电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的工艺流程框图。
具体实施方式
实施例1
步骤一：采用PAN基1K平纹炭布与PAN基短纤维网胎交替铺层针刺预制体，预制体密度控制在0.18g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的针刺预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯作为碳源气体，气体流量为0.5m3/h，升温速率为5℃/h，沉积温度为840℃，沉积时间为300h；当密度为1.10g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将酚醛树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为0.5wt%，铜粉含量为15 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的针刺预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为1.0MPa下进行浸渍5h后，进行固化处理，固化温度为140℃，出炉后转炭化炉炭化处理炭化温度为1200℃；反复浸渍、固化、炭化处理数次，至密度为1.60g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为5℃/h的条件下升温至1600℃，然后保温4h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为5.0MPa下进行浸渍2h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为140℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度350MPa，弯曲强度263MPa，剪切强度106MPa，冲击韧性2.5J/cm2，电阻率12.0μΩ.m，磨损率11.8mm/10000km。
实施例2
步骤一：采用粘胶基12K无纬布与粘胶基短纤维网胎交替铺层针刺预制体，预制体密度控制在0.25g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的针刺预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯作为碳源气体，气体流量为1.5m3/h，升温速率为25℃/h，沉积温度为900℃，沉积时间为150h；当密度为1.20g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将环氧树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为15wt%，铜粉含量为0.1 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中环氧树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的针刺预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为5.0MPa下进行浸渍2h后，进行固化处理，固化温度为240℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为700℃；反复浸渍、固化、炭化处理数次，至密度为1.70g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为200℃/h的条件下升温至2500℃，然后保温2h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行环氧树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为1.0MPa下进行浸渍10h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为240℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1200℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度356MPa，弯曲强度268MPa，剪切强度100MPa，冲击韧性2.6J/cm2，电阻率12.0μΩ.m，磨损率12.0mm/10000km。
实施例3
步骤一：采用沥青基全短纤维网胎铺层针刺预制体，预制体密度控制在0.20g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的针刺预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为5.0m3/h，升温速率为200℃/h，沉积温度为1200℃，沉积时间为100h；当密度为1.15g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将糠酮树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为1.0wt%，铜粉含量为10 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中糠酮树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的针刺预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为3.0MPa下进行浸渍3h后，进行固化处理，固化温度为200℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为900℃；反复浸渍、固化、炭化数次，至密度为1.75g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为100℃/h的条件下升温至2200℃，然后保温3h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行糠酮树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为2.0MPa下进行浸渍8h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为200℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度360MPa，弯曲强度267MPa，剪切强度101MPa，冲击韧性2.8J/cm2，电阻率11.3μΩ.m，磨损率11.4mm/10000km。
实施例4
步骤一：采用PAN基炭纤维三向编织预制体，预制体密度控制在0.50g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的编织预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为3.0m3/h，升温速率为100℃/h，沉积温度为1000℃，沉积时间为80h；当密度为1.30g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将酚醛树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为3.0wt%，铜粉含量为8.0 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的编织预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为4.0MPa下进行浸渍2h后，然后在固化炉内固化处理, 固化温度为200℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃；反复浸渍、固化、炭化数次，至密度为1.80g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为80℃/h的条件下升温至2100℃，然后保温2h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为2.0MPa下进行浸渍6h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为200℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为900℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度388MPa，弯曲强度290MPa，剪切强度121MPa，冲击韧性2.9J/cm2，电阻率11.9μΩ.m，磨损率10.2mm/10000km。
实施例5
步骤一：采用沥青基炭纤维炭布穿刺预制体，预制体密度控制在0.40g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的穿刺预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯作为碳源气体，气体流量为2.0m3/h，升温速率为50℃/h，沉积温度为840℃，沉积时间为120h；当密度1.35g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将环氧树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为2.0wt%，铜粉含量为9.0 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中环氧树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的穿刺预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为3.0MPa下进行浸渍3h后，然后在固化炉内固化处理, 固化温度为180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1100℃。反复浸渍、固化、炭化数次，至密度为1.85g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为60℃/h的条件下升温至2300℃，然后保温3h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行环氧树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为1.0MPa下进行浸渍7h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为980℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度368MPa，弯曲强度280MPa，剪切强度111MPa，冲击韧性2.6J/cm2，电阻率11.3μΩ.m，磨损率11.2mm/10000km。
实施例6
步骤一：采用PAN基12K炭纤维无纬布与PAN基短纤维网胎交替铺层针刺预制体，预制体密度控制在0.45g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的针刺预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为5.0m3/h，升温速率为20℃/h，沉积温度为1200℃，沉积时间为50h；当密度为1.38g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将环氧树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为5.0wt%，铜粉含量为10.0 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中环氧树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的针刺预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为2.0MPa下进行浸渍2h后，然后在固化炉内固化处理, 固化温度为180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃。反复浸渍、固化、炭化数次，至密度至1.88g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为20℃/h的条件下升温至2500℃，然后保温2h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行环氧树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为5.0MPa下进行浸渍3h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1200℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度358MPa，弯曲强度270MPa，剪切强度105MPa，冲击韧性2.7J/cm2，电阻率10.8μΩ.m，磨损率11.2mm/10000km。
实施例7
步骤一：采用PAN基炭纤维9向编织预制体，预制体密度控制在0.80g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的编织预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为1.0m3/h，升温速率为50℃/h，沉积温度为1000℃，沉积时间为200h；当密度为1.60g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将糠酮树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为8.0wt%，铜粉含量为3.0 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中糠酮树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的编织预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为1.5MPa下进行浸渍4h后，然后在固化炉内固化处理, 固化温度为240℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1200℃；反复浸渍、固化、炭化数次，至密度至1.90g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的编织预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为200℃/h的条件下升温至1600℃，然后保温4h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行糠酮树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为5.0MPa下进行浸渍2h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为240℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度377MPa，弯曲强度288MPa，剪切强度113MPa，冲击韧性2.6J/cm2，电阻率11.7μΩ.m，磨损率11.2mm/10000km。
实施例8
步骤一：采用粘胶基6K炭纤维斜纹炭布与粘胶基短纤维网胎交替铺层针刺预制体，预制体密度控制在0.35g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的针刺预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯作为碳源气体，气体流量为4.0m3/h，升温速率为40℃/h，沉积温度为1100℃，沉积时间为90h；当密度至1.23g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将酚醛树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为12.0wt%，铜粉含量为2.0 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的针刺预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为1.0MPa下进行浸渍4h后，然后在固化炉内固化处理, 固化温度为190℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1050℃；反复浸渍、固化、炭化数次，至密度至1.75g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为80℃/h的条件下升温至1800℃，然后保温3h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为3.0MPa下进行浸渍3h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为190℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1200℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度374MPa，弯曲强度266MPa，剪切强度101MPa，冲击韧性2.5J/cm2，电阻率11.9μΩ.m，磨损率12.0mm/10000km。
实施例9
步骤一：采用沥青基3K炭纤维缎纹炭布与沥青基短纤维网胎交替铺层针刺预制体，预制体密度控制在0.60g/cm3。
步骤二：将步骤一中采用的针刺预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯作为碳源气体，气体流量为3.0m3/h，升温速率为80℃/h，沉积温度为1000℃，沉积时间为60h；当密度至1.10g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将酚醛树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为2.0wt%，铜粉含量为7.0 wt %，搅拌均匀。
步骤四：将步骤三中酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的针刺预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为5.0MPa下进行浸渍2h后，然后在固化炉内固化处理, 固化温度为200℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃；反复浸渍、固化、炭化数次，至密度至1.88g/cm3时转入下道致密工序。
步骤五：将步骤四致密后的针刺预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为150℃/h的条件下升温至2000℃，然后保温3h进行高温石墨化处理，自然冷却。
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行酚醛树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为4.0MPa下进行浸渍3h后，然后在固化炉内固化处理,固化温度为200℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1100℃。
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
其压缩强度373MPa，弯曲强度287MPa，剪切强度109MPa，冲击韧性2.6J/cm2，电阻率11.4μΩ.m，磨损率11.7mm/10000km。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：采用炭纤维针刺体或者是炭纤维编织体作为预制体材料，预制体密度控制在0.18g/cm3-0.80g/cm3；
步骤二：将步骤一中采用的预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯或天然气作为碳源气体，当预制体密度≥1.10g/cm3时转入下道致密工序；
步骤三：将树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为0.5wt％-15wt％，铜粉含量为0.1wt％-15wt％，搅拌均匀；
步骤四：将步骤三中树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为1.0MPa-5.0MPa下进行浸渍2h-10h后，然后进行固化处理，出炉后转炭化炉炭化处理，反复浸渍、固化、炭化处理数次，至预制体密度≥1.60g/cm3时转入下道致密工序；
步骤五：将步骤四致密后的预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为5℃/h-200℃/h的条件下升温至1600℃-2500℃，然后保温2h-4h进行高温石墨化处理，自然冷却；
步骤六：将步骤五高温石墨化处理后的制品再次进行树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍、固化、炭化处理，在压力为1.0MPa-5.0MPa下进行浸渍2h-10h后，然后在固化炉内固化处理，出炉后转炭化炉炭化处理；
步骤七：将步骤六出炉的制品经过机械加工后，制得电力机车炭/炭-石墨/铜受电弓滑板。
2.根据权利要求1所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的炭纤维针刺体包括PAN基1K-24K炭布与PAN基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、PAN基无纬布与PAN基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、PAN基全短纤维网胎铺层针刺预制体、粘胶基1K-24K炭布与粘胶基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、粘胶基无纬布与粘胶基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、粘胶基全短纤维网胎铺层针刺预制体、沥青基1K-24K炭布与沥青基短纤维网胎交替铺层针刺预制体、沥青基无纬布与沥青基短纤维网胎交替铺层针刺预制体或沥青基全短纤维网胎铺层针刺预制体。
3.根据权利要求1所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的炭纤维编织体包括炭纤维3-9向编织预制体，PAN基、粘胶基或沥青基炭布穿刺预制体。
4.根据权利要求1所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的化学气相沉积致密工艺，气体流量为0.5m3/h-5.0m3/h，升温速率为5℃/h-200℃/h，沉积温度为840℃-1200℃，沉积时间为50h-300h。
5.根据权利要求1所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：步骤三中所述的树脂包括酚醛树脂、环氧树脂和糠酮树脂。
6.根据权利要求1所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：步骤四中所述的固化温度为140℃-240℃，炭化温度为700℃-1200℃。
7.根据权利要求1所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：步骤六中所述的固化温度为140℃-240℃，炭化温度为700℃-1200℃。
8.根据权利要求1所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：所述受电弓滑板的压缩强度≥350MPa，弯曲强度≥260MPa，剪切强度≥100MPa，冲击韧性≥2.5J/cm2，电阻率≤12.0μΩ.m，磨损率≤12.0mm/10000km。
9.根据权利要求2所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：所述PAN基1K-24K炭布包括平纹布、斜纹布和缎纹布；粘胶基1K-24K炭布包括平纹布、斜纹布和缎纹布；沥青基1K-24K炭布包括平纹布、斜纹布和缎纹布。
10.根据权利要求3所述的一种电力机车用炭/炭-石墨/铜受电弓滑板的制备方法，其特征在于：所述炭纤维3-9向编织预制体为PAN基、粘胶基或沥青基3-9向编织预制体。
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