CN107556020A - 一种磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，包括：在加热条件下，将碳滑块材料各原料混合均匀制得混合料；将所述混合料进行压制、固化和挤压成型处理，制得成型的坯料；对所述坯料进行焙烧处理，制得碳滑块材料；在加热条件下，将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体；将浸渍金属液体倒入加热的碳滑块材料上，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即得。采用本发明方法制备的碳滑块复合材料耐磨、耐压、强度好，稳定性好，环境适应性高，加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮列车第三轨碳滑块，特别是涉及一种磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，属于城市轨道交通配件领域。
背景技术
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线的电磁力牵引列车运行。随着国家经济实力的不断增强和人们生活水平的提高，必须提高轨道交通的运输能力以适应经济发展和民生需求，德国、日本、美国等国家已经展开了磁悬浮列车的开发研究，德国和日本去的了比较大的成就。目前，我国已经在上海、长沙等地开通了磁悬浮列车，且运行良好。由于磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400-500公里/小时，超导磁悬浮列车可达500-600公里/小时。
磁悬浮列车在告诉运行的过程中，通过碳滑块与第三轨接触，由于磁悬浮列车运行速度极高，因此，对碳滑块的导电性、耐磨性和硬度有极高的要求。目前针对磁悬浮列车用碳滑块的研究几乎没有，现有的碳滑块大多为粉末冶金碳滑块，由于粉末冶金滑板材料硬、摩擦系数大，对轨道磨损严重，以及本身材料特性，在运行过程容易造成掉边，掉块等现象，及容易造成停车以及导电性能差等现象，而且价格偏高。因此，本发明提供一种磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，制得的碳滑块复合材料润滑性能、导电方面完全优异于粉末冶金滑板，减小了碳滑块与轨道之间的摩擦系数，对轨道基本不磨损，解决列车运行过程中引起的掉边掉块问题，并增加碳滑块的导电性能。
发明内容
本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，采用本发明方法制备的碳滑块复合材料耐磨、耐压、强度好，稳定性好，环境适应性高，加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
为实现本发明的目的，本发明提供一种磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，包括：
在加热条件下，将添加剂、润滑剂以及不包含沥青的碳滑块基本原料混合均匀，制得初混合料；
在加热条件下，将碳滑块基本原料沥青加入所述初混合料中，搅拌混合均匀，制得混合料；
将所述混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
对所述料柱进行固化处理，制得固化料柱；
将所述固化料柱置于挤压机中进行挤压成型，制得成型的坯料；
对所述坯料进行焙烧处理，制得碳滑块材料；
在加热条件下，将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体；
将所述碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没；
将所述石墨坩埚置于压机中，通过密封罩使坩埚与外部成密封状态；
对所述坩埚进行加压，将空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得所述碳滑块复合材料。
其中，所述的制得混合料具体包括：
对混合容器进行持续加热，当混合容器的加热温度达到120±10℃时，将添加剂、润滑剂以及不包含沥青的碳滑块基本原料添加到所述混合容器中，一段时间后混合均匀，制得初混合料；
特别是，所述制得初混合料的混合时间为2-2.5h；
尤其是，所述制得初混合料的混合时间优选为2h；
当所述混合容器的加热温度达到150±10℃时，将碳滑块基本原料沥青加入具有所述初混合料的混合容器中，搅拌混合均匀，制得混合料；
特别是，加入沥青后的混合时间为1-1.5h；
尤其是，加入沥青后的混合时间优选为1.5h。
其中，所述固化处理的处理时间为12-18h。
特别是，所述固化处理的处理时间优选为12-14h。
尤其是，所述固化处理的处理温度为100±10℃。
本发明碳滑块复合材料的制备方法对压制后的柱状料柱进行恒温固化处理，使所有料柱在进行挤压成型之前可以保持合适且平均的温度；否则若料柱的温度过高，则挤压速度快，成型的坯料产品密度低，硬度差，产品性能不好；否则若料柱的温度过低，则导致挤压速度慢，成型的坯料产品密度和硬度都过高，其他性能不好。
尤其是，所述挤压成型处理的处理温度为160-180℃。
特别是，所述焙烧处理的处理时间为15±1天。
尤其是，所述焙烧处理的处理时间优选为15天。
特别是，所述焙烧处理的处理温度为1000-1080℃。
尤其是，所述焙烧处理的处理温度优选为1030℃。
经过焙烧处理后，即制得所述碳滑块材料。
其中，所述碳滑块材料用于通过浸渍金属处理，制备磁悬浮列车用碳滑块。
其中，所述添加剂、润滑剂与所述碳滑块基本原料的重量份配比为：添加剂3-12，润滑剂1-4、碳滑块基本原料70-140。
特别是，所述添加剂、润滑剂与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：添加剂5-12，润滑剂2-4、碳滑块基本原料87-140。
尤其是，所述添加剂5、润滑剂与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：添加剂55-10，润滑剂2-3、碳滑块基本原料87-123。
特别是，所述添加剂5、润滑剂与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：添加剂57-10，润滑剂2.5-3、碳滑块基本原料105-123。
尤其是，所述添加剂5、润滑剂与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：添加剂55-8，润滑剂2-2.5、碳滑块基本原料87-105。
特别是，所述添加剂包括第一添加剂和第二添加剂；
特别是，所述第一添加剂与所述第二添加剂的重量份配比为：第一添加剂1-4、第二添加剂2-8。
尤其是，所述第一添加剂与所述第二添加剂的重量份配比优选为：第一添加剂2-4、第二添加剂3-6。
特别是，所述第一添加剂与所述第二添加剂的重量份配比优选为：第一添加剂2.5-3、第二添加剂4.5-5。
其中，所述第一添加剂可选择二硫化钼和/或二硫化钨/或氮化硼；
其中，所述二硫化钼为黑色固体粉末，其粒径为100-200目。
特别是，所述二硫化钼的粒径优选为200目。
二硫化钼具有很好的润滑性，耐磨性能好，在高温下可起到增摩作用，因此可以提高碳滑块材料的耐磨性能；并且二硫化钼的熔点高，适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，因此添加二硫化钼也可以提高碳滑块材料的环境适应性并延长其使用寿命。
其中，所述二硫化钨为灰黑色固体粉末，粒径为100-200目。
特别是，所述二硫化钨的粒径优选为200目。
二硫化钨润滑性能好，摩擦系数低，抗压强度大，可用于高温、高压、高转速、高负荷、高真空条件下的润滑，增加产品的耐磨性，提高碳滑块材料的环境适应性，延长使用寿命。
其中，所述氮化硼为白色粉末，粒径为100-200目。
特别是，所述氮化硼的粒径优选为200目。
氮化硼具有优良的润滑性能，可用作高温润滑剂和多种模型的脱模剂，且氮化硼硬度高，添加氮化硼可以增加产品的耐磨性，提高碳滑块材料的环境适应性并延长其使用寿命。
其中，所述第二添加剂可选择碳纤维或玻璃纤维。
特别是，所述第二添加剂优选为碳纤维。
其中，所述碳纤维的长度为2-5cm。
尤其是，所述碳纤维的长度优选为3-5cm。
碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。它不仅具有碳材料的强抗拉力特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。因其具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等性能，使得碳纤维的加入可以增加碳滑块材料的耐磨性能，增加其强度，提高碳滑块材料的环境适应性并延长其使用寿命。
其中，所述玻璃纤维是一种无机非金属材料，耐热性好，抗腐蚀性好，机械强度高，抗拉强度大，不燃，抗腐且价格低廉，加入剥离纤维可以增加碳滑块材料的强度，提高碳滑块材料的耐热性能、环境适应性并延长其使用寿命。
其中，所述润滑剂可选择硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。
特别是，所述硬脂酸锌为白色粘结的粉末，有滑腻感，微具刺激性气味；密度为1.0953g/ml(25/4℃)，熔点为1304℃，自燃点为9005℃。由于其具有较高的熔点和自燃点，因此在碳滑块材料中起到稳定剂、脱模剂和润滑剂的作用，增加碳滑块材料的稳定性、润滑性，以及机械加工性能。
尤其是，所述硬脂酸钙为白色粉末，蓬松；硬脂酸钙热稳定性好，润滑性好，价格低廉，毒性小，加工性能好，硬脂酸钙的加入可以增加碳滑块材料的稳定性、润滑性，以及机械加工性能。
其中，所述碳滑块基本原料包括：石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青。
特别是，所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：石油焦20-40、人造石墨10-30、天然石墨10-20、沥青30-50。
尤其是，所述石油焦的粒度为300±20目，水分≤1％，灰分≤1％。
本发明石油焦选用低硫的熟焦。
本发明石油焦具有耐热、耐磨、摩擦系数稳定、损耗低等特点，因此石油焦的加入可以提高碳滑块材料的耐热性、耐磨性，提高碳滑块材料的摩擦系数，并降低其损耗。
特别是，所述天然石墨的粒度为40-60目，碳含量≥99％，灰分≤1％。
尤其是，所述人造石墨的粒度为300目，碳含量≥99％，灰分≤1％。
天然石墨和人造石墨具有质量轻、导电性能好、导热性能好、润滑性能好、机械加工性能优良等优点，可以提高碳滑块材料的导电性能、导热性能和润滑性能，并增加碳滑块材料的机械加工性能。
本发明的天然石墨和人造石墨优选为鳞片石墨。
特别是，所述沥青为中温沥青，软化点为65-90℃。
中温沥青是焦油蒸馏残液部分，产率占焦油的54-56％，它是由三环以上的芳香族化合物和含氧、含氮、含硫杂环化合物及少量高分子碳素物组成，本发明沥青起粘结剂作用。
尤其是，所述添加剂、润滑剂与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：添加剂-12、润滑剂1-4、石油焦20-40、人造石墨10-30、天然石墨10-20、沥青30-50。
特别是，所述添加剂、润滑剂与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：添加剂5-12、润滑剂2-4、石油焦25-40、人造石墨15-30、天然石墨12-20、沥青35-50。
尤其是，所述添加剂、润滑剂与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比优选为：添加剂5-10、润滑剂2-3、石油焦25-35、人造石墨15-25、天然石墨12-18、沥青35-45。
特别是，所述添加剂、润滑剂与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比优选为：添加剂7-10、润滑剂2.5-3、石油焦30-35、人造石墨20-25、天然石墨15-18、沥青40-45。
尤其是，所述添加剂、润滑剂与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：添加剂5-8、润滑剂2-2.5、石油焦25-30、人造石墨15-20、天然石墨12-15、沥青35-40。
其中，所述浸渍金属原料包括金属原料、硅块和木炭。
特别是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比为：硅3-5、木炭0.5-2、金属原料80-120。
尤其是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3.5-5、木炭1-2、金属原料89-120。
尤其是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3-4.5、木炭0.5-1.5、金属原料80-111。
特别是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3.5-4.5、木炭1-1.5、金属原料89-111。
尤其是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3.5-4、木炭1-1.5、金属原料89-100。
特别是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅4-4.5、木炭1.5-2、金属原料100-111。
特别是，所述硅为纯度≥95％的无定型硅，硅的熔点高、硬度大，具有半导体性质；由于硅材料张力小，密度比铜小，会漂浮在铜水上面，因此本发明中硅主要缓慢铜水合金的凝固，使后期方便取用。
尤其是，所述木炭为普通木炭，其作用是防止合金氧化，并防止碳滑块浸渍金属材料在高温操作过程中的氧化。
其中，所述金属原料包括紫铜、锡和镍。
特别是，所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：紫铜60-80、锡10-20、镍10-20。
尤其是，所述紫铜为工业纯铜，熔点为1083℃，含铜量≥99.9％。
紫铜的含铜量高，导电性、导热性都较好，且耐蚀，可大大提高浸渍金属材料的导电性能。
特别是，所述锡为锡锭，纯度≥99.95％。
锡可以增加材料的耐磨损性能，抗腐蚀性和适度的强度。
尤其是，所述镍为银白色金属，纯度≥90％。
镍具有磁性和良好的可塑性，耐腐蚀性能好，是常用的合金金属。镍在材料里面主要是增加材料的体积密度，以及增加材料的润滑性能！
其中，所述的将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体包括：
将紫铜板、锡锭、镍块、硅块置于温度为500-600℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1300-1500℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体。
其中，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：硅3-5、木炭0.5-2、紫铜60-80、锡10-20、镍10-20。
特别是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：硅3.5-5、木炭1-2、紫铜65-80、锡12-20、镍12-20。
尤其是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：硅3-4.5、木炭0.5-1.5、紫铜60-75、锡10-18、镍10-18。
特别是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：硅3.5-4.5、木炭1-1.5、紫铜65-75、锡12-18、镍12-18。
尤其是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：硅3.5-4、木炭1-1.5、紫铜65-70、锡12-15、镍12-15。
特别是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：硅4-4.5、木炭1.5-2、紫铜70-75、锡15-18、镍15-18。
其中，将碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1300-1500℃的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没。
特别是，所述浸渍金属液体将所述碳滑块材料浸没2cm左右。
尤其是，将所述石墨坩埚置于650吨的压机中，通过密封罩使坩埚与外部成密封状态
其中，对所述坩埚进行加压，将空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部。
特别是，所述空气加压的压力为60-70MPa。
尤其是，所述加压的时间为20-40s。
本发明碳滑块复合材料的制备方法具有如下优点和有益技术效果：
1、本发明方法制备的碳滑块复合材料耐磨、耐压、强度好，稳定性好，环境适应性高，加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
2、本发明方法中的第一添加剂具有很好的润滑性，耐磨性能好，熔点高，适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，因此可以提高碳滑块复合材料的耐磨性能，环境适应性并延长其使用寿命。
3、本发明方法中的第二添加剂可以增加碳滑块复合材料的耐磨性能，增加其强度，提高碳滑块材料的环境适应性并延长其使用寿命。
4、本发明方法中的润滑剂可以增加碳滑块复合材料的稳定性、润滑性，脱模性以及机械加工性能。
5、本发明方法选择石油焦、天然石墨、人造石墨和沥青作为碳滑块基本原料，可以提高碳滑块复合材料的耐热性、耐磨性，导电性能、导热性能，提高碳滑块复合材料的摩擦系数，增加碳滑块复合材料的机械加工性能并降低其损耗。
6、本发明方法对压制后的柱状料柱进行恒温固化处理，使所有料柱在进行挤压成型之前可以保持相当的温度；否则若料柱的温度过高，则挤压速度快，成型的坯料产品密度低，硬度差，产品性能不好；否则若料柱的温度过低，则导致挤压速度慢，成型的坯料产品密度和硬度都过高，其他性能不好。
7、本发明方法选择硅块作为添加，可以防止铜水合金在过程中缓慢其凝固，使其产品后期方便取用。
8本发明方法选择木炭作为添加，可以防止合金氧化，并防止碳滑块浸渍金属材料在高温操作过程中的氧化。
9本发明方法选择紫铜、锡、镍作为金属原料，可以提高碳滑块复合材料的导电性能、导热性能。
10、本发明碳滑块复合材料的制备方法简单，制备工艺简单，产品质量稳定效果明显，并且使用方便。
具体实施方式
以下结合实施例对发明进行说明。本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
1、制备碳滑块材料
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到120℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钼、碳纤维和硬脂酸锌加入到混合锅中，搅拌混合2h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到150℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.5h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于100℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为14h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为170℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1030℃下焙烧15天，即得到碳滑块材料。
其中，作为选择，本实施例中的二硫化钼也可以替换为二硫化钨或氮化硼或二硫化钼-二硫化钨混合物，其重量份配比与二硫化钼相同；
作为选择，本实施例中的碳纤维也可以替换为玻璃纤维，其重量份配比与碳纤维相同；
作为选择，本实施例中的硬脂酸锌也可以替换为硬脂酸钙，其重量份配比与硬脂酸锌相同。
2、浸渍金属
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、镍块、硅块置于温度为550℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1400℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1400℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压30s，将65MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例2
1、制备碳滑块
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到125℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钼、碳纤维和硬脂酸锌加入到混合锅中，搅拌混合2.3h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到145℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.2h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于105℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为16h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为175℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1050℃下焙烧16天，即得到碳滑块材料。
其中，作为选择，本实施例中的二硫化钼也可以替换为二硫化钨或氮化硼或二硫化钼-二硫化钨混合物，其重量份配比与二硫化钼相同；
作为选择，本实施例中的碳纤维也可以替换为玻璃纤维，其重量份配比与碳纤维相同；
作为选择，本实施例中的硬脂酸锌也可以替换为硬脂酸钙或硬脂酸锌-硬脂酸钙混合物，其重量份配比与硬脂酸锌相同。
2、浸渍金属
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、镍块、硅块置于温度为580℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1350℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1350℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压35s，将65MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例3
1、制备碳滑块
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到115℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钼、碳纤维和硬脂酸锌加入到混合锅中，搅拌混合2.2h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到155℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.3h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于95℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为17h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为165℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1020℃下焙烧14天，即得到碳滑块材料。
其中，作为选择，本实施例中的二硫化钼也可以替换为二硫化钨或氮化硼或二硫化钼-二硫化钨混合物，其重量份配比与二硫化钼相同；
作为选择，本实施例中的碳纤维也可以替换为玻璃纤维，其重量份配比与碳纤维相同；
作为选择，本实施例中的硬脂酸锌也可以替换为硬脂酸钙，其重量份配比与硬脂酸锌相同。
2、浸渍金属
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、镍块、硅块置于温度为530℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1450℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1450℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压25s，将68MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例4
1、制备碳滑块
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到130℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钼、碳纤维和硬脂酸锌加入到混合锅中，搅拌混合2.5h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到140℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.5h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于90℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为18h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为180℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1000℃下焙烧15天，即得到碳滑块材料。
其中，作为选择，本实施例中的二硫化钼也可以替换为二硫化钨或氮化硼或二硫化钼-二硫化钨混合物，其重量份配比与二硫化钼相同；
作为选择，本实施例中的碳纤维也可以替换为玻璃纤维，其重量份配比与碳纤维相同；
作为选择，本实施例中的硬脂酸锌也可以替换为硬脂酸钙，其重量份配比与硬脂酸锌相同。
2、浸渍金属
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、镍块、硅块置于温度为500℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1500℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1500℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压20s，将70MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例5
1、制备碳滑块
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到110℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钼、碳纤维和硬脂酸锌加入到混合锅中，搅拌混合2h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到150℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于110℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为12h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为160℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1080℃下焙烧15天，即得到碳滑块材料。
其中，作为选择，本实施例中的二硫化钼也可以替换为二硫化钨或氮化硼或二硫化钼-二硫化钨混合物，其重量份配比与二硫化钼相同；
作为选择，本实施例中的碳纤维也可以替换为玻璃纤维，其重量份配比与碳纤维相同；
作为选择，本实施例中的硬脂酸锌也可以替换为硬脂酸钙，其重量份配比与硬脂酸锌相同。
2、浸渍金属
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、镍块、硅块置于温度为600℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1300℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1300℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压40s，将60MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
表1实施例1-5碳滑块复合材料物理性能检测结果
由表1数据可知，本发明碳滑块复合材料物理性能良好，均达到铁路TJ/JW054-2014标准要求，电阻率低、导电性能好，体积密度小，抗折强度和抗压强度高，硬度适中，冲击韧性好，相较于未浸渍金属的碳滑块材料，电阻率降低了20μΩ·m左右，体积密度增加了0.87-0.97g/cm3，抗折强度提高了34-48MPa，抗压强度提高了155-179MPa，洛氏硬度提高了71-79，冲击韧性提高了0.14-0.23J/cm2。
表2实施例1-5碳滑块复合材料磨耗测试结果
| 高度磨耗比 | 重量磨耗比 | 对线磨耗比 | |
| 标准 | ≤10mm | ≤204 | ≤0.025 |
| 实施例1 | 5-5.1 | 57-60 | 0.01-0.012 |
| 实施例2 | 5.13-5.2 | 58-59 | 0.011-0.014 |
| 实施例3 | 5.13-5.15 | 55-59 | 0.012-0.013 |
| 实施例4 | 4.99-5.06 | 59-61 | 0.009-0.011 |
| 实施例5 | 5.02-5.14 | 56-60 | 0.008-0.013 |
由表2数据可知，本发明碳滑块复合材料物理性能良好，均达到TJ/JW054-2014的要求，磨耗比小，耐磨性能好。
Claims (10)
1.一种磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
在加热条件下，将添加剂、润滑剂以及不包含沥青的碳滑块基本原料混合均匀，制得初混合料；
在加热条件下，将碳滑块基本原料沥青加入所述初混合料中，搅拌混合均匀，制得混合料；
将所述混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
对所述料柱进行固化处理，制得固化料柱；
将所述固化料柱置于挤压机中进行挤压成型，制得成型的坯料；
对所述坯料进行焙烧处理，制得碳滑块材料；
在加热条件下，将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体；
将所述碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没；
将所述石墨坩埚置于压机中，通过密封罩使坩埚与外部成密封状态；
对所述坩埚进行加压，将空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得所述碳滑块复合材料。
2.如权利要求1所述的磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂、润滑剂与所述碳滑块基本原料的重量份配比为：添加剂3-12、润滑剂1-4、碳滑块基本原料70-140。
3.如权利要求2所述的磁悬浮用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括第一添加剂和第二添加剂；
其中，所述第一添加剂可选择二硫化钼和/或二硫化钨/或氮化硼；
所述第二添加剂可选择碳纤维或玻璃纤维。
4.如权利要求2所述的磁悬浮用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂可选择硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。
5.如权利要求2所述的磁悬浮用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳滑块基本原料包括：石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青。
6.如权利要求6所述的磁悬浮用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：石油焦20-40、人造石墨10-30、天然石墨10-20、沥青30-50。
7.如权利要求1所述的磁悬浮用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述浸渍金属原料包括金属原料、硅块和木炭。
8.如权利要求7所述的磁悬浮用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比为：硅3-5、木炭0.5-2、金属原料80-120。
9.如权利要求3所述的磁悬浮用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属原料包括：紫铜、锡和镍。
10.如权利要求3所述的磁悬浮列车用碳滑块复合材料的制备方法，其特征在于，所述紫铜、锡和镍的重量份配比为：紫铜60-80、锡10-20、镍10-20。
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