CN107556026A - 一种磁悬浮列车用碳滑块材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮列车用碳滑块材料的制备方法，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；将所述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，即得到所述的碳滑块材料。本发明方法制备的碳滑块材料强度好，耐磨、耐压、稳定、润滑性好，易脱模，环境适应性高，机械加工性能好，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

一种磁悬浮列车用碳滑块材料的制备方法

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。

磁悬浮列车在高速运行的过程中，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材料的制备方法，制备的碳滑块材料润滑性能、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材料的制备方法，本发明方法制备的碳滑块材料强度好，耐磨、耐压、稳定、润滑性好，易脱模，环境适应性高，机械加工性能好，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；

将所述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，即得到所述的碳滑块材料。

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。

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。

本发明碳滑块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材料强度好，耐磨、耐压、稳定、润滑性好，易脱模，环境适应性高，机械加工性能好，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、本发明碳滑块材料的制备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材料的耐磨性能，环境适应性并延长其使用寿命。

3、本发明碳滑块材料的制备方法中第二添加剂的选择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。

4、本发明碳滑块材料的制备方法中选择润滑剂，以增加碳滑块材料的稳定性、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，可以提高碳滑块材料的耐热性、耐磨性，导电性能、导热性能，提高碳滑块材料的摩擦系数，增加碳滑块材料的机械加工性能并降低其损耗。

6、本发明碳滑块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)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)挤压成型

将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℃；

(5)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。

对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。

实施例2

(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)挤压成型

将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℃；

(5)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。

对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。

实施例3

(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)挤压成型

将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℃；

(5)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。

对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。

实施例4

(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)挤压成型

将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℃；

(5)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。

对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。

实施例5

(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)挤压成型

将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℃；

(5)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。

对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。

表1实施例1-5碳滑块材料物理性能检测结果

由表1数据可知，本发明碳滑块材料物理性能良好，均达到铁路TJ/JW029-2014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。

Claims (9)

1.一种磁悬浮列车用碳滑块材料的制备方法，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；

将所述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，即得到所述的碳滑块材料。

2.如权利要求1所述的磁悬浮列车用碳滑块材料的制备方法，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3所述的磁悬浮用碳滑块材料的制备方法，其特征在于，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。

5.如权利要求2所述的磁悬浮用碳滑块材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂可选择硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。

6.如权利要求2所述的磁悬浮用碳滑块的制备方法，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。

7.如权利要求6所述的磁悬浮用碳滑块材料的制备方法，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。

8.如权利要求7所述的磁悬浮用碳滑块材料的制备方法，其特征在于，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3-12、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。

9.如权利要求1所述的磁悬浮列车用碳滑块材料的制备方法，其特征在于，所述碳滑块材料用于通过浸渍金属处理，制备一种磁悬浮列车用碳滑块。