CN107556059B - 一种高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力机车制备技术领域，具体为一种高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制备方法。该方法包括以下步骤：碳毛坯热挤出工艺：按配方比例称取原材料，然后将原材料于90~120℃的条件下热混1h后，加入中温熔融沥青30~40wt%混合1~1.2h，最后挤出成型；碳毛坯焙烧：正常工艺；碳毛坯焙烧品石墨烯浸渍：将石墨烯配置成分散液，然后进行浸渍；按照标准浸铜工艺规程浸渍，得到浸铜滑板。本方法可解决高铁动车，尤其是快速列车≤350 Km/h受电弓滑板材料电阻率高的难题，通过在碳毛坯中加入小直径(5层碳原子以下）的石墨烯，最终提高滑板的强度至91~106MPa、降低滑板的电阻至1.8~2.9μΩm。
Description
技术领域
本发明涉及电力机车制备技术领域，具体为一种高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制备方法。
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。从其发展历史来看，在受电弓滑板的研究和应用方而，其材料主要经历了金属滑板、纯碳滑板、粉末冶金滑板、浸金属碳滑板、复合材料滑板的发展过程。
高铁动车受电弓滑板现阶段一般采用浸铜碳滑板，是因为其兼具纯碳滑板对导线磨损小、自身磨损低的特点，又具有粉末冶金滑板的高强度、低电阻、高抗冲击韧性的特点。但高铁动车由于速度高，滑板发热高，就需要其具有较低的电阻率(＜3μΩm)。但现在国内厂家都达不到此项指标，世界上仅有德国(西格里)、日本(东洋)等少数几家公司掌握该技术。本专利通过研制新型碳毛坯，再浸渍纯紫铜。可以稳定达到电阻率要求。进而全面达到国外同类材料性能，从而实现高铁动车(快速列车)受电弓滑板的国产化。
随着动车高铁的不断提速，对受电弓滑板的对滑板的各种性能都提出了更高的要求，特别是机械强度和电阻率方面。因此需要研发出一种可以解决高铁动车(快速列车≤350Km/h)受电弓滑板材料电阻率高的技术。
发明内容
为了解决高铁动车(快速列车≤350Km/h)受电弓滑板材料电阻率高的难题，本发明提供一种高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制备方法，该方法通过在碳毛坯中加入小直径(5层碳原子)的石墨烯，最终提高滑板的强度到91～106MPa、降低滑板的电阻，电阻为1.8～2.9μΩm。
为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案如下：
一种高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制造方法，其包括以下步骤：
步骤一：碳毛坯热挤出工艺：按比例称取原材料，然后将原材料于100～120℃的条件下热混1h后，加入中温熔融沥青(中温沥青)混合1～1.2h，最后挤出成型，挤出压力≥3MPa。中温熔融沥青的添加量为原材料总质量的30～40％。
步骤二：碳毛坯按照现有技术进行焙烧。
步骤三：石墨烯浸渍：将石墨烯配置成分散液，分散液的浓度为0.05～0.5wt％，然后进行浸渍；具体浸渍操作步骤如下：
1)将成型并进行焙烧后的碳毛坯放入浸渍罐中，抽真空，罐内真空度＞0.096MPa，保持1h以上；
2)在浸渍罐内保持真空的条件下，利用负压的抽力引入石墨烯分散液；
3)在浸渍罐中加入惰性气体进行加压浸渍，压力维持0.3～0.45MPa，保持2h后泄压取出样品，干燥获得碳毛坯半成品；
步骤四：浸铜：按照标准浸铜工艺规程浸渍，浸渍温度为1200--1300℃，浸渍压力为200--250Kg/cm2，得到浸铜滑板。
所述的原材料包括以下重量份的原料：沥青焦粉35--40wt％、沥青焦25-30wt％、石墨粉25--35wt％，总质量百分含量为100％，其中，沥青焦粉的粒径为30-45um，沥青焦的粒径为0.25--0.3mm，石墨粉的粒径为70--80um。
本发明的积极效果体现在：
(一)解决高铁动车，尤其是快速列车≤350Km/h受电弓滑板材料电阻率高的难题，通过在碳毛坯中加入小直径的石墨烯，最终提高滑板的强度至91～106MPa、降低滑板的电阻至1.8～2.9μΩm。
(二)本发明将少量(0.1～0.5wt％)的石墨烯加入到滑板中，利用石墨烯的高强度和片径小的特点，对滑板整体进行补强；同时利用石墨烯的高导电性，在均匀分散后，连接多片石墨，形成导电网络，从而提高滑板碳毛坯材料的整体导电性，最终全面提高浸铜滑板的整体性能。
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，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请实施例中所用的石墨烯均为小直径的石墨烯，具有5层碳原子。
实施例1：
原料配方：30-45μm沥青焦粉40wt％、0.25--0.3mm沥青焦30wt％、70--80μm石墨粉30wt％，总质量百分含量为100％。
一种高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制造方法，其包括以下步骤：
步骤一：碳毛坯热挤出工艺：原材料90～120℃热混1h后，加入中温熔融沥青30～40wt％混合1～1.2h，最后挤出成型，挤出压力≥3MPa。
步骤二：将成型的碳毛坯按照现有技术进行焙烧,，也可按照下列焙烧曲线进行焙烧。
焙烧曲线如下：
步骤三：石墨烯浸渍：将石墨烯配置成浓度为0.05wt％的分散液，具体浸渍操作步骤如下：
1)将成型并焙烧后的碳毛坯放入浸渍罐中，抽真空，罐内真空度＞0.096MPa，保持1h以上；
2)在浸渍罐内保持真空的条件下，利用负压的抽力引入石墨烯分散液；
3)在浸渍罐中加入惰性气体进行加压浸渍，压力维持0.3～0.45MPa，保持2h后泄压取出样品，干燥获得碳毛坯半成品。
步骤四：浸铜：按照标准浸铜工艺规程浸渍(浸渍温度高达1200--1300℃以上，浸渍压力高达200--250Kg/cm2，)，得到浸铜滑板，测量滑板的电阻率、抗折强度、冲击韧性、开口气孔率、浸铜增重率等性能。
实施例2：
制备方法同实施例1，仅改变步骤二中分散液的浓度，将石墨烯配置成浓度为0.1wt％的分散液，最后得到浸铜滑板，测量滑板的电阻率、抗折强度、冲击韧性、开口气孔率、浸铜增重率等性能。
实施例3：
制备方法同实施例1，仅改变步骤二中分散液的浓度，将石墨烯配置成浓度为0.2wt％的分散液，最后得到浸铜滑板，测量滑板的电阻率、抗折强度、冲击韧性、开口气孔率、浸铜增重率等性能。
实施例4：
制备方法同实施例1，仅改变步骤二中分散液的浓度，将石墨烯配置成浓度为0.5wt％的分散液，最后得到浸铜滑板，测量滑板的电阻率、抗折强度、冲击韧性、开口气孔率、浸铜增重率等性能。
将实施例1至实施例4中制备得到的浸铜滑板进行性能测试，具体测试数据如下，并以分散液浓度为0wt％做对比：
比较例：
采用本发明中所述的制备方法制备得到的浸铜碳滑板与国内目前现有的浸铜碳滑板进行性能测试，具体结果如下：(1#为国内主流浸铜碳滑板2#为本发明产品)
试验数据表明：采用本发明配方工艺制造的浸铜碳滑板电阻率大幅下降，机械强度大幅提高，开口气孔率大幅下降，增重率大幅提高。
实施例5
仅改变配料比例，其余步骤均与实施例1一致，石墨烯分散液的浓度都采用0.5wt％，最后得到不同浸铜滑板，分别测量滑板的电阻率、抗折强度、冲击韧性、开口气孔率、浸铜增重率等性能。其中，1#为30-45μm沥青焦粉45wt％、0.25--0.3mm沥青焦35wt％、70--80μm石墨粉20wt％,2#为30-45μm沥青焦粉40wt％、0.25--0.3mm沥青焦30wt％、70--80μm石墨粉30wt％.
试验数据表明：采用本发明配方比例制造的浸铜碳滑板电阻率较其余配比产品大幅下降，机械强度大幅提高，开口气孔率大幅下降，增重率大幅提高。
Claims (4)
1.一种高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：碳毛坯热挤出工艺：按比例称取原材料，然后将原材料于100～120℃的条件下热混1h后，加入中温熔融沥青混合1～1.2h，最后挤出成型；所述的原材料包括以下重量份的原料：沥青焦粉35--40wt％、沥青焦25-30wt％、石墨粉25--35wt％，总质量百分含量为100％，其中，沥青焦粉的粒径为30-45um，沥青焦的粒径为0.25--0.3mm，石墨粉的粒径为70--80um；
步骤二：碳毛坯按现有技术进行焙烧；
步骤三：石墨烯浸渍：将石墨烯配置成分散液，然后进行浸渍；具体浸渍操作步骤如下：
1)将成型焙烧的碳毛坯放入浸渍罐中，抽真空，使罐内真空度＞0.096MPa，保持1h以上；
2)在浸渍罐内保持真空的条件下，利用负压的抽力引入石墨烯分散液；
3)在浸渍罐中加入惰性气体进行加压浸渍，压力维持0.3～0.45MPa，保持2h后泄压取出样品，干燥获得碳毛坯半成品；
步骤四：浸铜：按照标准浸铜工艺规程浸渍，其浸渍温度为1200--1300℃以上，浸渍压力为200-250Kg/cm2，得到浸铜滑板。
2.根据权利要求1所述高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制造方法，其特征在于：所述挤出成型中，挤出压力≥3MPa。
3.根据权利要求1所述高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制造方法，其特征在于：所述中温熔融沥青的添加量为原材料总量的30～40％。
4.根据权利要求1所述高铁用受电弓用浸铜炭滑板的制造方法，其特征在于：所述的将石墨烯配置成分散液，分散液的浓度为0.05～0.5wt％。
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