CN1091315C - 超高载流密度电刷及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种适用于额定电流密度达45A/cm2的超高载流密度电刷及其制造方法。该电刷是由铜银石墨质基体外加入0.08～0.5wt%镀银碳纤维和镀铜碳纤维，经混合，加压成型和烧结而成的。其电阻率≤0.10Ωmm2/m，载流密度可达45A/cm2，具有良好的滑动接触性能，耐磨损，使用寿命长，易于加工制造，可设计性强，成本低。
Description
本发明涉及一种适用于额定电流密度达45A/cm2的超高载流密度电刷及其制造方法。
在现有技术中，有1996年9月25申请的，申请号为96119820.6、公开号为CN1152809A、名称为“镀铜碳纤维金属石墨复合电刷及其制造方法”的中国发明专利申请，提供一种高载流密度电刷，其载流密度可达25～35A/cm2。它是以铜锡石墨为基体，外加入0.05～0.8wt％长度为0.3～6mm的短切镀铜碳纤维，经混合、加压成型并烧结而成。该电刷耐磨损强，滑动接触性好，高载流密度。但不适合于要求超高载流密度的场合。美国斯塔克波尔公司产品样本记载，牌号为SM476的银电刷，其载流密度可达46.5A/cm2，但由于基体为银，一是制造成本极高，二是磨损值很大，故很难能够实际应用。
本发明的目的在于提供一种适用于低电压，超高载流密度场合使用，易于加工制造、可设计性强、经济实用的超高载流密度电刷及其制造方法。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：本发明与现有技术一样是由金属石墨质基体中外加入微量镀金属碳纤维，经混合、加工成型并烧结而成的，其特征在于镀金属碳纤维外加入含量按重量计为0.08～0.5wt％，镀金属碳纤维为镀银碳纤维，或者为镀银碳纤维和镀铜碳纤维的混合。外加入的镀银碳纤维含量/镀铜碳纤维含量＝1.5～2.5。按重量百分比计，可以设计为外加入镀银碳纤维0.06～0.30wt％，镀铜碳纤维0.03～0.15wt％。镀银碳纤维、镀铜碳纤维的平均线径为6～12μm，镀层厚度为6～12μm。金属石墨质基体为铜银石墨质基体，按重量百分比计，其成份为≥99.5％的电解铜粉70～80wt％，银含量≥99.9％的银粉10～25wt％，碳含量≥95％的石墨粉5～10wt％。
这种超高载流密度电刷的制造方法是：包括混合、加压成型和烧结工艺，其特点是在金属石墨基体中外加入0.08～0.5wt％的长度为0.1～0.3mm的短切镀金属碳纤维作为原料，将原料混合均匀，在196～392MPa下压制成型后，在非氧化性气氛中烧结，最终烧成温度为750～880℃。原料中的金属石墨质基体为铜银石墨质基体，按重量百分比计，其组成为200目铜含量≥99.5％的铜粉70～80wt％，200目银含量≥99.9％的银粉10～25wt％，325目碳含量≥95％的石墨粉5～10wt％。
本发明由于在电刷基体中引入了导电性能优异的银粉并外加入镀金属碳纤维，从而极大程度地降低了电刷基体的电阻率，使电刷的载流能力得以充分提高，同时适量的石墨粉与镀金属碳纤维使集电器表面的氧化膜易达到平衡。经试验表明，银粉的加入量在10～25wt％范围内为宜，低于10wt％时，电阻率降低不明显，高于25wt％则基体耐磨性降低，同时制造成本太高，最好在12～16wt％之间；镀金属碳纤维的加入量以在0.08～0.5％(wt)之间为好，低于0.08wt％时电刷的耐磨性不理想，且在高电流密度下，氧化膜不能较好的处于平衡状态，而高于0.5wt％，则摩擦系数增大，且制造成本有较大幅度地提高。短切镀金属碳纤维的长度为0.1～3.0mm为宜，这样能便于混匀及材质的均一性。为使材料的导电性能得以充分发挥，基体中引入了镀银碳纤维，但为了降低成本同时添加入了部分镀铜碳纤维。两者之间的外加入量比例为2∶1为最佳。本发明与现有技术相比较，具有如下突出特点和显著优点：由于本发明的基体中引入导电性能优异的银粉，并外加入镀银碳纤维，从而使其具有超高载流密度性能，其电阻率≤0.10Ωmm2/m，载流密度可达45～50A/cm2，与现有具有超载流能力的银电刷相比，具有耐磨损，使用寿命长，易于加工制造，可设计性强，成本低等优点。
下面介绍本发明的实施例。
实施例1：
将200目铜含量≥99.5％的电解铜粉70wt％，200目银含量≥99.9％的银粉25wt％，325目碳含量≥95％的鳞片石墨粉5wt％及平均线径为10μm，镀层厚度为0.5μm，长度为0.1～3.0mm的镀铜碳纤维0.03wt％，(外加)平均线径为10μm，镀层厚度为0.4μm，长度为0.1～3.0mm的镀银碳纤维0.06wt％(外加)，洗油0.2wt％(外加，为表面活性剂)放在圆筒型混合机中混合，混均后在单向液压机上以392MPa的压力压成型，然后在非氧化性气氛下，在箱式烧结炉中烧结而成。最终烧结温度为750℃。将该材料切割成10×10×64mm的试样，测其体积密度，洛氏硬度及电阻率；然后加工成12.5×25×40mm电刷试验品，在φ300mm的型式试验机上测得其摩擦系数及磨损率，测试结果见附表1。
载流密度在电镀锌机组现场测得。
实施例2：
将实施例1中的铜粉77wt％，银粉13wt％，鳞片石墨粉10wt％，镀铜碳纤维0.10wt％(外加)，镀银碳纤维0.20wt％(外加)及洗油0.2wt％(外加)放在圆筒混合机中混合，混均后在单向液压机上以254.8MPa的压力制成型，然后在非氧化性气氛下，在箱式烧结炉中烧结而成，最终烧结温度为850℃。将制得的材料加工成实施例1的试样及试验品，在相同条件下，测得的结果见附表1。
实施例3：
将实施例1中的铜粉80wt％，银粉10wt％，鳞片石墨粉10wt％，镀铜碳纤维0.15wt％(外加)，镀银碳纤维0.3wt％(外加)放在圆筒混合机中混合，混均后在单向液压机上以196MPa的压力压制成型，然后在非氧化性气氛下，在箱式烧结炉中烧结而成，最终烧结温度880℃。将制得的材料加工成实例1的试样及试验品，在相同条件下，测得的结果见附表1。
附表1、超高载流密度电刷成份及试样测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 铜粉wt％ | 70 | 77 | 80 |
| 银粉wt％ | 25 | 13 | 10 |
| 石墨粉wt％ | 5 | 10 | 10 |
| 镀铜碳纤维wt％ | 0.03(外加) | 0.10(外加) | 0.15(外加) |
| 镀银碳纤维wt％ | 0.06(外加) | 0.20(外加) | 0.30(外加) |
| 洗油wt％ | 0.20(外加) | 0.20(外加) | 0.20(外加) |
| 体积密度g/cm3 | 5.75 | 5.6 | 5.73 |
| 洛氏硬度HR10/40 | 57.5 | 58.5 | 57 |
| 电阻Ωmm2/m | 0.0636 | 0.0742 | 0.106 |
| 额定电流密度A/cm2 | ＞45 | ＞45 | ＞45 |
| 摩擦系数 | 0.18 | 0.18 | 0.18 |
| 磨损率mm/50H | 0.10 | 0.05 | 0.055 |
Claims (7)
1.一种超高载流密度电刷，是由金属石墨质基体中外加入微量镀金属碳纤维，经混合、加压成型并烧结而成的，其特征在于镀金属碳纤维外加含量按重量计为0.08～0.5wt％，镀金属碳纤维为镀银碳纤维，或者为镀银纤维和镀铜纤维的混合。
2.根据权利要求1所述的超高载流密度电刷，其特征在于外加入的镀银碳纤维含量/镀铜碳纤维含量＝1.5～2.5。
3.根据权利要求2所述的超高载流密度电刷，其待征在于按重量计外加入镀银碳纤维0.06～0.30wt％，镀铜碳纤维0.03～0.15wt％。
4.根据权利要求1、或2、或3所述的超高载流密度电刷，其特征在于镀银碳纤维、镀铜碳纤维的平均线径为6～12μm，镀层厚度为0.1～5μm。
5.根据权利要求1所述的超高载流密度电刷，其特征在于金属石墨质基体为铜银石墨质基体，按重量百分比计，其成份为：铜含量≥99.5％的电解铜粉70～80wt％，银含量≥99.9的银粉10～25wt％，含碳量≥95％的石墨粉5～10wt％。
6.一种根据权利要求1所述超高载流密度电刷的制造方法，包括混合、加压成型和烧结工艺，其特征在于金属石墨质基体中外加入0.08～0.5wt％的长度为0.1～3.0mm的短切镀金属碳纤维作为原料，将原料混合均匀，在196～392MPa下压制成型后，在非氧化性气氛中烧结，最终烧结温度为750～880℃。
7.根据权利要求6所述的超高载流密度电刷的制造方法，其特征在于所述的原料中的金属石墨质基体为铜银石墨质基体，按重量百分比计，其组成为：200目铜含量≥99.5％的铜粉70～80wt％，200目银含量≥99.9％的银粉10～25wt％，325目碳含量≥95％的石墨粉5～10wt％。
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