CN109334461B - 一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，包括如下步骤：步骤一：将石墨烯粉、石墨粉、有机硅树脂按照一定的比例混合成糊状；步骤二：将步骤一中的糊状物均匀涂抹在碳纤维预浸布上，然后送入辊压机辊压，使糊状物充满碳纤维预浸布内的空隙中，形成复合薄层；步骤三：将步骤二获得的复合薄层放入含有铜离子的浸渍液中浸渍。有益效果在于：本发明所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺制备的受电弓滑板具有优良的导电性能和润滑性能，热导率和电导率高，对自身和电网导线的磨损较小，同时机械强度高，耐腐蚀性能好，不易断裂，使用寿命长，有效满足高速列车的使用需求，实用性好。
Description
技术领域
本发明涉及受电弓滑板制备领域，具体涉及一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺。
背景技术
近几年，随着高铁、动车、火车速度的不断提升，对电力机车受电弓滑板的要求也水涨船高，目前市场上常见的受电弓滑板主要有铜基粉末冶金滑板、纯碳滑板、 浸金属碳滑板等，上述受电弓滑板在列车速度提升以后使用时均出现了各种各样新的问题，比如铜基粉末冶金滑板会使电网导线损耗加快，加速缩短电网导线的使用寿命，纯碳滑板在机车速度提升后极易发生断裂引发弓网事故，而浸金属碳滑板的产品质量和技术指标更是无法满足高速列车的使用需求而被淘汰。
针对上述情况，有必要设计一种新型的受电弓滑板来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，以解决现有技术中传统的受电弓滑板无法满足机车高速运行时的使用需求等问题。本发明提供的诸多技术方案中优选的技术方案能够实现受电弓滑板具有优良的导电性能和润滑性能，热导率和电导率高，对自身和电网导线的磨损较小，同时机械强度高，耐腐蚀性能好，不易断裂，使用寿命长等技术效果，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，包括如下步骤：
步骤一：将石墨烯粉、石墨粉、有机硅树脂按照一定的比例混合成糊状；
步骤二：将步骤一中的糊状物均匀涂抹在碳纤维预浸布上，然后送入辊压机辊压，使糊状物充满碳纤维预浸布内的空隙中，形成复合薄层；
步骤三：将步骤二获得的复合薄层放入含有铜离子的浸渍液中浸渍，浸渍一段时间后，取出，自然晾干；
步骤四：将步骤三晾干后的复合薄层用铜箔、石墨纸包裹，压实，形成碳铜复合材料层；
步骤五：将步骤四的多片碳铜复合材料层表面涂抹有机硅树脂后叠放入热等静压机内，热压固化成型，形成碳铜复合材料胚体；
步骤六：将碳铜复合材料胚体放入炭化炉进行烧结，得到网状烧结碳-铜复合材料；
步骤七：将网状烧结碳-铜复合材料机械加工成受电弓滑板；
步骤八：将步骤七加工形成的受电弓滑板进行渗碳处理，获得受电弓滑板成品。
作为本案的重要设计，步骤一中石墨粉的粒径小于10μm。
作为本案的优化设计，步骤一中石墨烯粉和石墨粉的质量比为3:1。
作为本案的优化设计，步骤一中石墨烯粉和石墨粉组成的粉末与有机硅树脂的体积比为1:3。
作为本案的优化设计，步骤二中复合薄层的厚度与碳纤维预浸布的厚度相等。
作为本案的优化设计，步骤三中的浸渍液为含铜离子的饱和溶液。
作为本案的优化设计，步骤四中石墨纸位于铜箔外侧。
作为本案的优化设计，步骤六中的烧结温度和时间分别为1300℃～1500℃和20小时。
有益效果在于：本发明所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺制备的受电弓滑板具有优良的导电性能和润滑性能，热导率和电导率高，对自身和电网导线的磨损较小，同时机械强度高，耐腐蚀性能好，不易断裂，使用寿命长，有效满足高速列车的使用需求，实用性好。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，包括如下步骤：
步骤一：将石墨烯粉、石墨粉、有机硅树脂按照一定的比例混合成糊状，这样方便将其均匀涂抹在碳纤维预浸布上，石墨烯是一种高导电率、高导热率、高强度的新型材料，用其制备的受电弓滑板的重量也比同体积的其它材质制作的受电弓滑板要轻，石墨粉主要起润滑剂和导电剂的作用，有机硅树脂可单独使用，也可掺杂部分导电胶混合使用，掺杂导电胶后能够进一步提升受电弓滑板的导电性能；
步骤二：将步骤一中的糊状物均匀涂抹在碳纤维预浸布上，然后送入辊压机辊压，使糊状物充满碳纤维预浸布内的空隙中，形成复合薄层，这样形成的复合薄层表面不仅光滑平整，而且厚度也没有增加过多；
步骤三：将步骤二获得的复合薄层放入含有铜离子的浸渍液中浸渍，浸渍一段时间后，取出，自然晾干，此举目的是为了增强石墨烯粉末与碳纤维预浸布之间的结合强度，防止石墨烯粉末从碳纤维预浸布上脱落；
步骤四：将步骤三晾干后的复合薄层用铜箔、石墨纸包裹，压实，形成碳铜复合材料层，铜箔主要是为了方便安装石墨纸，因为复合薄层表面有许多细微凹坑，石墨纸很难与其紧紧吸附，而铜箔延展性好，表面光滑，能够与石墨纸紧密贴合，方便石墨纸粘贴；
步骤五：将步骤四的多片碳铜复合材料层表面涂抹有机硅树脂后叠放入热等静压机内，热压固化成型，形成碳铜复合材料胚体；
步骤六：将碳铜复合材料胚体放入炭化炉进行烧结，得到网状烧结碳-铜复合材料；
步骤七：将网状烧结碳-铜复合材料机械加工成受电弓滑板；
步骤八：将步骤七加工形成的受电弓滑板进行渗碳处理，获得受电弓滑板成品，加工完毕的受电弓滑板的表面残留的许多空隙是日后受电弓滑板断裂的根源，为了防止受电弓滑板从这些细微的缝隙处开设断裂，有必要对其进行渗碳处理，从而使受电弓滑板的表面具有较高的硬度和耐磨性。
作为可选的实施方式，步骤一中石墨粉的粒径小于10μm，因为石墨烯粒径较小，因此石墨粉的粒径不能太大，这样，形成的复合薄层表面空隙较少，致密性好。
步骤一中石墨烯粉和石墨粉的质量比为3:1，石墨粉主要是其润滑剂作用，因此重量 不用太多。
步骤一中石墨烯粉和石墨粉组成的粉末与有机硅树脂的体积比为1:3，为了糊状物混合均匀，以及复合薄层表面空隙较少，有机硅树脂的用量应较多。
步骤二中复合薄层的厚度与碳纤维预浸布的厚度相等，这样设计，相邻两层的碳纤维预浸布才能相互接触，后续热压固化时多片碳铜复合材料层变形较小，方便快速压固化成型。
步骤三中的浸渍液为含铜离子的饱和溶液，这样设计，尽可能多的将铜离子渗入复合薄层内增强石墨烯粉末与碳纤维预浸布之间的结合强度。
步骤四中石墨纸位于铜箔外侧，石墨纸主要是用于对电网导线进行润滑，因此应设置在最外测。
步骤六中的烧结温度和时间分别为1300℃～1500℃和20小时，这样设计才能充分烧结完全。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将石墨烯粉、石墨粉、有机硅树脂按照一定的比例混合成糊状；
步骤二：将步骤一中的糊状物均匀涂抹在碳纤维预浸布上，然后送入辊压机辊压，使糊状物充满碳纤维预浸布内的空隙中，形成复合薄层；
步骤三：将步骤二获得的复合薄层放入含有铜离子的浸渍液中浸渍，浸渍一段时间后，取出，自然晾干；
步骤四：将步骤三晾干后的复合薄层用铜箔、石墨纸包裹，压实，形成碳铜复合材料层；
步骤五：将步骤四的多片碳铜复合材料层表面涂抹有机硅树脂后叠放入热等静压机内，热压固化成型，形成碳铜复合材料胚体；
步骤六：将碳铜复合材料胚体放入炭化炉进行烧结，得到网状烧结碳-铜复合材料；
步骤七：将网状烧结碳-铜复合材料机械加工成受电弓滑板；
步骤八：将步骤七加工形成的受电弓滑板进行渗碳处理，获得受电弓滑板成品。
2.根据权利要求1所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于：步骤一中石墨粉的粒径小于10μm。
3.根据权利要求1所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于：步骤一中石墨烯粉和石墨粉的质量比为3:1。
4.根据权利要求1所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于：步骤一中石墨烯粉和石墨粉组成的粉末与有机硅树脂的体积比为1:3。
5.根据权利要求1所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于：步骤二中复合薄层的厚度与碳纤维预浸布的厚度相等。
6.根据权利要求1所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于：步骤三中的浸渍液为含铜离子的饱和溶液。
7.根据权利要求1所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于：步骤四中石墨纸位于铜箔外侧。
8.根据权利要求1所述的一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，其特征在于：步骤六中的烧结温度和时间分别为1300℃～1500℃和20小时。
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