CN106868335A - 一种汽车起动机碳刷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车起动机碳刷材料及其制备方法，该碳刷材料按质量份由以下组分制备得到：铜粉60‑64份；石墨32‑38份；二硫化钼3‑6份；锡粉1‑1.5份；羰基铁粉0.4‑0.6份；摩擦组元0‑0.9份；所述石墨为微细石墨和胶质石墨的组合，微细石墨和胶质石墨的质量比为(0.66‑1.5):1。本发明通过引入羰基铁粉对基体进行强化，选用不同粒度微细石墨和胶质石墨进行匹配改善了石墨分布的均匀性以及石墨与基体的界面结合能力，并配合特定的制备工艺，得到了具有良好导电性和耐磨性的碳刷材料，该碳刷同时具有良好的导热性能、力学性能，提高了碳刷的使用寿命，应用前景广阔。

Description

一种汽车起动机碳刷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种汽车起动机碳刷材料及其制备方法。
背景技术
碳刷是电机的重要组成部件，它的功能是在电机的固定部件与旋转部件换向器或集电环之间传导电流，其性能好坏直接影响电机的正常运行。与普通机械摩擦磨损相比，碳刷材料在电机运行过程中存在多种机械摩擦磨损机理，同时伴随着电弧烧蚀电磨损。汽车起动电机磨损条件复杂，要求碳刷材料具有大的载流能力、优良的换向性能和滑动接触性能，而常规的碳刷在高密度载流条件下会出现磨损加剧和严重的电弧烧蚀等现象，无法满足使用要求。所以，当前迫切需要研究开发长寿命的高性能碳刷材料以满足汽车起动机的要求。
目前提高碳刷材料的综合性能主要通过基体合金化、对石墨进行表面处理和加入适量添加物这三种方式进行的。
CN 106384924 A中公开了一种氧化镧掺杂改性的铜基石墨电机碳刷及其制备方法，该碳刷材料以天然鳞片石墨、多孔碳粉以及铜粉、青铜粉复配作为基料，并加入氧化镧进行改性处理，改善烧结性能。但是其制备的碳刷材料的硬度和抗弯强度仍然不足。
韩绍昌等通过添加Cr来改变铜与石墨的润湿性，虽然复合材料的电阻率有一定的降低，但是对材料耐磨性能提高的程度却是有限的(参见“铬对改善铜与炭石墨材料润湿性的作用”，韩绍昌，李学谦，湖南大学学报,1998(5):30-33)。
此外，对石墨进行镀铜处理在一定程度上弥补了之前的不足，不仅实现了铜与石墨均匀的分布，而且提高了复合材料的导电性、抗弯强度和延展性，但是复合材料的密度降低严重，导致在摩擦磨损过程中没有足够的碳微粒参加润滑膜的形成，不利于换向的稳定性和碳刷材料的寿命。通过加入SiC颗粒可改善铜基体在磨损过程中的变形程度，但是SiC作为陶瓷相粒子，对复合材料的导电性能将造成不利的影响；SiO2的引入虽然改善了复合材料的摩擦磨损性能，但是可引入氧化磨损，对电机的运行和稳定换向也会带来不利影响。
为获得兼具良好导电性和耐磨性的低成本长寿命铜-石墨碳刷，需要综合考虑材料制造成本、工艺性、导热性能、导电性能、力学性能和摩擦磨损性能之间合理匹配，合理地设计材料组成。
发明内容
鉴于现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳刷材料及其制备方法，通过引入羰基铁粉对基体进行强化，选用微细石墨和胶质石墨进行合理匹配，得到了具有良好导电性和耐磨性的铜-石墨碳刷材料，该碳刷材料同时具有良好的导热性能、力学性能，延长了碳刷的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种碳刷材料，所述碳刷材料按质量份由以下组分制备得到：
所述石墨为微细石墨和胶质石墨的组合，微细石墨和胶质石墨的质量比为(0.66-1.5):1。
本发明引入基体强化组元羰基铁粉，提高了碳刷材料的强度和硬度；通过选用不同粒度的微细石墨和胶质石墨的合理匹配改善了石墨分布的均匀性以及石墨与基体的界面结合能力，进一步提高了碳刷材料的强度。基体强化组元和经过合理匹配的润滑组元之间产生协同作用，电摩擦过程中在摩擦面形成了一层厚度适中，均匀稳定的摩擦膜，有效保证了碳刷运行过程中的稳定性，大大降低了碳刷材料的磨损率。
上述产生协同作用的基体强化组元是指羰基铁粉，合理匹配的润滑组元是指质量比为(0.66-1.5):1的微细石墨和胶质石墨。
所述铜粉为基体组元，其含量为60-64份，例如可以是60份、61份、62份、63份或64份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述石墨为润滑组元，其含量为32-38份，例如可以是32份、33份、34份、35份、36份、37份或38份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述二硫化钼为润滑组元，其含量为3-6份，例如可以是3份、4份、5份或6份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述锡粉为基体增强组元，其含量为1-1.5份，例如可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述羰基铁粉为基体强化组元，其含量为0.4-0.6份，例如可以是0.4份、0.45份、0.5份、0.55份或0.6份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
羰基铁粉的加入能够提高基体铜的强度和硬度，作为基体强化组元和合理匹配的润滑组元产生协同作用，在电摩擦过程中产生摩擦膜。
羰基铁粉含量过高会导致基体摩擦系数提高磨损率增大，含量过低则起不到强化基体的作用。
所述碳化硅为摩擦组元，其含量为0-0.2份，例如可以是0份、0.05份、0.1份、0.15份或0.2份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述二氧化硅为摩擦组元，其含量为0-0.2份，例如可以是0份、0.05份、0.1份、0.15份或0.2份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述硅为摩擦组元，其含量为0-0.5份，例如可以是0份、0.1份、0.2份、0.3份、0.4份或0.5份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述碳刷材料含有摩擦组元，所述摩擦组元为碳化硅、二氧化硅或硅中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是碳化硅、二氧化硅或硅中的任意一种，典型但非限定的组合为：碳化硅和二氧化硅；碳化硅和硅；二氧化硅和硅；碳化硅、二氧化硅和硅。
本发明引入碳化硅、二氧化硅和硅三种摩擦组元，并在其成分设计上使之合理匹配，能够有效的改善碳刷材料的摩擦磨损性能，并且由于各个摩擦组元含量都非常少，其几乎不会对碳刷材料的其他性能产生不利影响。
根据本发明，所述石墨为微细石墨和胶质石墨的组合。所述微细石墨是指粒度为20-48微米的石墨，所述胶质石墨是指表面经过活性处理后已经形成具有粘性胶质体的石墨。
根据本发明，所述微细石墨和胶质石墨的质量比为(0.66-1.5):1，例如可以是0.66:1、0.67:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
微细石墨和胶质石墨的合理匹配改善了石墨分布的均匀性以及石墨与基体的界面结合能力。在电摩擦过程中，其可以和基体强化组产生协同作用，促进摩擦膜的形成。
当微细石墨和胶质石墨的质量比过高，会导致石墨与基体铜的结合强度不够，质量比过低，则会造成石墨在基体铜中分布不够均匀。
本发明中所述微细石墨和胶质石墨的质量比优选为1:1。微细石墨和胶质石墨1:1的匹配，能够使碳刷材料中润滑组元石墨在基体铜中均匀分布，且与基体保持较高的结合强度。
根据本发明，所述铜粉为电解铜粉，电解铜粉成形性能好、烧结活性高，有利于得到性能优异的碳刷材料。
根据本发明，所述铜粉的粒度为-200目，即其粒径小于等于75μm，例如可以是75μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、1μm或0.1μm等，以及小于75μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述锡粉的粒度为-300目，即其粒径小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述羰基铁粉的粒径为6-8μm，例如可以是6μm、6.5μm、7μm、7.5μm或8μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述二硫化钼的粒度为-325目，即其粒径小于等于45μm，例如可以是45μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于45μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述微细石墨的粒度为-300目，即其粒径小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述胶质石墨的粒度为-80目，即其粒径小于等于180μm，例如可以是180μm、150μm、120μm、90μm、60μm、30μm、10μm、1μm或0.1μm等，以及小于180μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述碳化硅的粒度为-300目，即其粒径小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述二氧化硅的粒度为-300目，即其粒径小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，所述硅的粒度为-300目，即其粒径小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
将上述各组分的粒度控制在所述范围内，有助于电刷材料微观组织结构的均匀性，以及其物理机械性能的保证。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的碳刷材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量将各组分进行混料；
(2)将步骤(1)得到的混合料预压，破碎后过筛制粒；
(3)将步骤(2)过筛制粒后得到的样品在模具中压制，脱模后得到毛胚；
(4)将步骤(3)得到的毛胚在还原性气氛中烧结，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷材料。
根据本发明，步骤(1)所述混料在V型混料机中进行。
根据本发明，步骤(1)所述混料的时间为90-120min，例如可以是90min、95min、100min、105min、110min、115min或120min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(1)所述混料的速度为35-45r/min，例如可以是35r/min、37r/min、39r/min、41r/min、43r/min或45r/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述预压的压力为5-10MPa，例如可以是5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa或10MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(2)所述预压的时间为1-3s，例如可以是1s、1.5s、2s、2.5s或3s，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(2)所述预压的时间优选为2s。
预压的目的是可以使成分均匀性锁定，不会因为组分密度偏差大而造成成分偏析，在上述优选的预压时间内，成分的均匀度最高。
根据本发明，步骤(2)所述过筛制粒后得到样品的粒度为-50目，即其粒径小于等于270μm，例如可以是270μm、240μm、210μm、180μm、150μm、120μm、90μm、60μm、30μm、10μm、1μm或0.1μm等，以及小于270μm的其他粒径，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，其特征在于，步骤(3)所述压制的压力为150-220MPa，例如可以是150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa、200MPa、210MPa或220MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(3)所述压制的方式为双向压制。
根据本发明，步骤(3)所述压制的时间为1-3s，例如可以是1s、1.5s、2s、2.5s或3s，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(3)所述压制的时间优选为2s。
根据本发明，步骤(4)所述还原性气氛为氢气、氨气或一氧化碳中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是氢气、氨气或一氧化碳中的任意一种，典型但非限定性的组合为氢气和氨气，氢气和一氧化碳，氨气和一氧化碳，氢气、氨气和一氧化碳。
根据本发明，步骤(4)所述烧结的温度为880-950℃，例如可以是880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃或950℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(4)所述烧结的升温速率为8-10℃/min，例如可以是8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min或10℃/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(4)所述烧结的时间为1.5-3h，例如可以是1.5h、2h、2.5h或3h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(4)所述烧结的时间优选为2h。
根据本发明，步骤(4)所述烧结完成后冷却至30-100℃出炉，例如可以冷却至30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(4)所述冷却的冷却速率为6-8℃/min，例如可以是6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min或8℃/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为优选地技术方案，所述碳刷材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按配方量将碳化硅、二氧化硅或硅中的至少一种和铜粉、石墨、锡粉、羰基铁粉以及二硫化钼在V型混料机中混合90-120min，控制混料机的转速为35-45r/min；
(2)将步骤(1)得到的混合料在5-10MPa下预压1-3s，破碎后过筛得到粒度为-50目的样品；
(3)将步骤(2)得到的样品置于模具中，在150-220MPa的压力下双向压制1-3s，脱模后得到毛胚；
(4)将步骤(3)得到的毛胚置于还原性气氛中，以8-10℃/min的速率升温至880-950℃烧结1.5-3h，然后以6-8℃/min的速率冷却至30-100℃出炉，得到碳刷材料。
作为进一步优选的技术方案，所述碳刷材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按配方量将碳化硅、二氧化硅或硅中的至少一种和铜粉、石墨、锡粉、羰基铁粉以及二硫化钼在V型混料机中混合100min，控制混料机的转速为38r/min；
(2)将步骤(1)得到的混合料在5-10MPa下预压2s，破碎后过筛得到粒度为-50目的样品；
(3)将步骤(2)得到的样品置于模具中，在160MPa的压力下双向压制2s，脱模后得到毛胚；
(4)将步骤(3)得到的毛胚置于还原性气氛中，以10℃/min的速率升温至880-950℃烧结2h，然后以8℃/min的速率冷却至80℃出炉，得到碳刷材料。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的碳刷材料的用途，所述碳刷材料应用于汽车起动机中。
与现有技术相比，本发明至少具有以下技术效果：
(1)通过羰基铁粉对基体铜的强化，大大提高了碳刷材料的强度和硬度，进而改善了材料的耐磨性能。
(2)通过润滑组元粗细石墨的合理搭配，得到了石墨分散均匀的碳刷材料组织结构，有效的兼顾了碳刷材料的强度及导电性。
(3)通过基体强化组元以及润滑组元的合理匹配，二者产生协同作用，使得本发明所制备的碳刷材料在电摩擦过程中在摩擦面形成了一层厚度适中，均匀稳定的摩擦膜，有效保证了碳刷运行过程中的稳定性，大大降低了碳刷材料的磨损率。
(4)通过对摩擦组元成分的合理设计，在不降低其他性能的基础上，改善了碳刷材料的摩擦磨损性能。
(5)本发明制备的铜-石墨碳刷材料具有高强度、高硬度、良好的耐磨性能和导电性等特点，大大延长了使用寿命，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的碳刷材料的显微组织结构图。
图2为本发明实施例2制备的碳刷材料的显微组织结构图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施例部分提供了一种碳刷材料的制备方法，所述方法包括：
按以下组分进行配料：
铜粉60-64份；石墨32-38份；二硫化钼3-6份；锡粉1-1.5份；羰基铁粉0.4-0.6份；碳化硅0-0.2份；二氧化硅0-0.2份；硅0-0.5份；所述石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比(0.66-1.5):1匹配组成。
按以下方法制备碳刷：
(1)按配方量将各组分进行混料；
(2)将步骤(1)得到的混合料预压，破碎后过筛制粒；
(3)将步骤(2)过筛制粒后得到的样品在模具中压制，脱模后得到毛胚；
(4)将步骤(3)得到的毛胚在还原性气氛中烧结，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷材料。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32份；锡粉1份；羰基铁粉0.4份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。
按照以下方法制备碳刷：
(1)按上述配方量称取铜粉、石墨、二硫化钼、锡粉、羰基铁粉、碳化硅、二氧化硅和硅备用，将上述原料在V型混料机中进行混料，调整混料机的转速为35r/min，混料时间90min；
(2)将步骤(1)所得混合料在在5Mpa的压力下预压3s，然后破碎过筛制粒，得到-50目的样品；
(3)将步骤(2)制粒后的样品倒入钢模中，在150MPa的压力下，双向压制3秒，随后脱模得到毛坯；
(4)将步骤(2)得到的毛胚置于氢气气氛中，以10℃/min的速率升温至880℃，保温3小时，然后以6℃/min的速率均匀冷却至80℃出炉，得到烧结完成的碳刷材料。
对本实施例制备的碳刷材料进行SEM表征，如图1所示，所得碳刷材料的摩擦组元和润滑组元在基体铜中均匀分布，与基体的界面结合良好。
实施例2
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼6份；石墨38份；锡粉1.5份；羰基铁粉0.6份；碳化硅0.1份；二氧化硅0.1份；硅0.5份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。
按照以下方法制备碳刷：
(1)按上述配方量称取铜粉、石墨、二硫化钼、锡粉、羰基铁粉、碳化硅、二氧化硅和硅备用，将上述原料在V型混料机中进行混料，调整混料机的转速为45r/min，混料时间120min；
(2)将步骤(1)所得混合料在在10Mpa的压力下预压1s，然后破碎过筛制粒，得到-50目的样品；
(3)将步骤(2)制粒后的样品倒入钢模中，在220MPa的压力下，双向压制1秒，随后脱模得到毛坯；
(4)将步骤(2)得到的毛胚置于氢气气氛中，以8℃/min的速率升温至950℃，保温1.5小时，然后以8℃/min的速率均匀冷却至30℃出炉，得到烧结完成的碳刷材料。
对本实施例制备的碳刷材料进行SEM表征，如图2所示，所得碳刷材料的摩擦组元和润滑组元在基体铜中均匀分布，与基体的界面结合良好。
实施例3
按以下组分进行配料：
铜粉62份；二硫化钼5份；石墨36份；锡粉1.2份；羰基铁粉0.5份；碳化硅0.1份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。
按照以下方法制备碳刷：
(1)按上述配方量称取铜粉、石墨、二硫化钼、锡粉、羰基铁粉、碳化硅、二氧化硅和硅备用，将上述原料在V型混料机中进行混料，调整混料机的转速为40r/min，混料时间100min；
(2)将步骤(1)所得混合料在在8Mpa的压力下预压2s，然后破碎过筛制粒，得到-50目的样品；
(3)将步骤(2)制粒后的样品倒入钢模中，在185MPa的压力下，双向压制2秒，随后脱模得到毛坯；
(4)将步骤(2)得到的毛胚置于氢气气氛中，以9℃/min的速率升温至920℃，保温2小时，然后以7℃/min的速率均匀冷却至50℃出炉，得到烧结完成的碳刷材料。
实施例4
按以下组分进行配料：
铜粉61份；二硫化钼4份；石墨33份；锡粉1.3份；羰基铁粉0.5份；硅0.5份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比2:3匹配组成。
除了配方中无碳化硅和二氧化硅，其他制备步骤与实施例1相同。
实施例5
按以下组分进行配料：
铜粉61份；二硫化钼4份；石墨33份；锡粉1.3份；羰基铁粉0.5份；碳化硅0.05份；硅0.15份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比3:2匹配组成。
除了配方中无二氧化硅，其他制备步骤与实施例1相同。
实施例6
按以下组分进行配料：
铜粉62份；二硫化钼5份；石墨37份；锡粉1.1份；羰基铁粉0.5份；碳化硅0.05份；二氧化硅0.1份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。
按照以下方法制备碳刷：
(1)按上述配方量称取铜粉、石墨、二硫化钼、锡粉、羰基铁粉、碳化硅和二氧化硅备用，将上述原料在V型混料机中进行混料，调整混料机的转速为38r/min，混料时间100min；
(2)将步骤(1)所得混合料在在5Mpa的压力下预压2s，然后破碎过筛制粒，得到-50目的样品；
(3)将步骤(2)制粒后的样品倒入钢模中，在160MPa的压力下，双向压制2秒，随后脱模得到毛坯；
(4)将步骤(2)得到的毛胚置于氢气气氛中，以10℃/min的速率升温至900℃，保温2小时，然后以8℃/min的速率均匀冷却至80℃出炉，得到烧结完成的碳刷材料。
实施例7
按以下组分进行配料：
铜粉61.5份；二硫化钼6份；石墨33份；锡粉1.3份；羰基铁粉0.45份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。
除了配方中无碳化硅、二氧化硅和硅，其他制备步骤与实施例1相同。
对比例1
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32.4份；锡粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。(即不使用羰基铁粉)
按照以下方法制备碳刷：
除了配方中无羰基铁粉，其他制备步骤与实施例1均相同。
对比例2
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32份；锡粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:2匹配组成。(即微细石墨和胶质石墨的比例过低)
制备方法同实施例1。
对比例3
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32份；锡粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比2:1匹配组成。(即微细石墨和胶质石墨的比例过高)
制备方法同实施例1。
对比例4
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32份；锡粉1份；羰基铁粉0.1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。(即羰基铁粉含量过低)
制备方法同实施例1。
对比例5
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32份；锡粉1份；羰基铁粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。(即羰基铁粉含量过高)
制备方法同实施例1。
对比例6
按以下组分进行配料：
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32份；锡粉1份；铁粉0.4份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微细石墨和胶质石墨按质量比1:1匹配组成。(即将羰基铁粉替换为铁粉)
除了配方中将羰基铁粉替换为铁粉，其他制备步骤与实施例1相同。
对比例7
铜粉63份；二硫化钼3份；石墨32份；锡粉1份；羰基铁粉0.4份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨为粒度为-200目的普通石墨。
制备方法同实施例1。
性能测试：
测定实施例1-7和对比例1-7中得到的碳刷材料的各项性能，测试结果如表1所示。
电摩擦实验：采用电机转子与电刷对磨，电刷通过电流密度67A/cm2，接触压强0.23MPa，转子旋转速度1000r/min，连续对磨32小时后测量电刷的长度尺寸磨损量和重量的变化值，从而通过计算得到电刷每小时的线性尺寸磨损和重量磨损的平均值。
其他性能的测试均采用本领域公知的测试手段进行。
表1
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种碳刷材料，其特征在于，所述碳刷材料按质量份由以下组分制备得到：
所述石墨为微细石墨和胶质石墨的组合，微细石墨和胶质石墨的质量比为(0.66-1.5):1。
2.如权利要求1所述的碳刷材料，其特征在于，所述铜粉为电解铜粉；
优选地，所述铜粉的粒度为-200目；
优选地，所述二硫化钼的粒度为-325目；
优选地，所述锡粉的粒度为-300目；
优选地，所述羰基铁粉的粒径为6-8μm；
优选地，所述碳化硅的粒度为-300目；
优选地，所述二氧化硅的粒度为-300目；
优选地，所述硅的粒度为-300目；
优选地，所述微细石墨的粒度为-300目；
优选地，所述胶质石墨的粒度为-80目。
3.如权利要求1所述的碳刷材料，其特征在于，所述微细石墨和胶质石墨的质量比为1:1。
4.如权利要求1所述的碳刷材料，其特征在于，所述碳刷材料含有碳化硅、二氧化硅或硅中的至少一种。
5.如权利要求1-4任一项所述的碳刷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量将各组分进行混料；
(2)将步骤(1)得到的混合料预压，破碎后过筛制粒；
(3)将步骤(2)过筛制粒后得到的样品在模具中压制，脱模后得到毛胚；
(4)将步骤(3)得到的毛胚在还原性气氛中烧结，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混料在V型混料机中进行；
优选地，步骤(1)所述混料的时间为90-120min；
优选地，步骤(1)所述混料的速度为35-45r/min；
优选地，步骤(2)所述预压的压力为5-10MPa；
优选地，步骤(2)所述预压的时间为1-3s，优选为2s；
优选地，步骤(2)所述过筛制粒后得到样品的粒度为-50目。
7.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述压制的压力为150-220MPa；
优选地，步骤(3)所述压制的方式为双向压制；
优选地，步骤(3)所述压制的时间为1-3s，优选为2s。
8.如权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述还原性气氛为氢气、氨气或一氧化碳中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(4)所述烧结的温度为880-950℃；
优选地，步骤(4)所述烧结的升温速率为8-10℃/min；
优选地，步骤(4)所述烧结的时间为1.5-3h，优选为2h；
优选地，步骤(4)所述烧结完成后冷却至30-100℃出炉；
优选地，步骤(4)所述冷却的冷却速率为6-8℃/min。
9.如权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量将碳化硅、二氧化硅或硅中的至少一种和铜粉、石墨、锡粉、羰基铁粉以及二硫化钼在V型混料机中混合90-120min，控制混料机的转速为35-45r/min；
(2)将步骤(1)得到的混合料在5-10MPa下预压1-3s，破碎后过筛得到粒度为-50目的样品；
(3)将步骤(2)得到的样品置于模具中，在150-220MPa的压力下双向压制1-3s，脱模后得到毛胚；
(4)将步骤(3)得到的毛胚置于还原性气氛中，以8-10℃/min的速率升温至880-950℃烧结1.5-3h，然后以6-8℃/min的速率冷却至30-100℃出炉，得到碳刷材料。
10.如权利要求1-4任一项所述的碳刷材料的用途，其特征在于，所述碳刷材料应用于汽车起动机中。
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