CN109338145A - 一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：预热，将铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别在200‑300℃的预热炉中预热，预热时间为30‑60min；步骤二：研磨，将预热完毕的铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别进行研磨，研磨纯度为99.99%，研磨转速为350～600r/min。有益效果在于：本发明所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法通过在铁红、钴粉、氧化铪、镍粉、铜粉、炭黑、石墨粉的混合物中加入粘结剂环氧树脂和浸渍剂液态铜，可以提升成品碳滑板的机械强度，使其在运行中不易折断和破裂，其制备工艺是首先对原料进行研磨，再通过模压成型、浸铜工艺、最后烧结炭化处理，可以增加碳滑板材料的密度和强度。
Description
技术领域
本发明涉及新型石墨材料领域，具体涉及一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法。
背景技术
受电弓滑板是电力机车上的重要集电元件，一般安装在受电弓的最上部，直接与接触网导线接触，在列车走行过程中，从接触网导线上获得电流为机车供应电力。
受电弓碳滑板碳滑条材料必须具有良好的减磨性和自润滑性、良好的耐热和耐电弧性、一定的耐磨性、足够的抗冲击强度以及稳定的电阻率和接触电阻。
受电弓滑板通常采用石墨粉、焦碳粉、碳黑、粘结剂焦、石油焦等作为主要原料，中温煤粘结剂做粘结剂，铜、铝等材料做为浸渍剂等，使其自润滑性和减磨性能好，在与铜接触导线摩擦时可在导线上持续补给润滑炭膜，具有减少导线磨损及电导率的效果。但碳滑板在自然环境运行中遇到导线硬点容易造成滑板折断或破裂，特别是在雨季和潮湿地区，易局部拉沟，出现弓网事故，而且随着电气化铁路朝着高密度、载重大、高速度的趋势发展，开发一种工艺简单、安全可靠的电力机车用受电弓滑板十分有必要。固针对现有技术中受电弓滑板的缺陷，特设计本发明。
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受电弓碳滑板复合材料的制备方法，以解决现有技术中传统的受电弓滑板机械强度低、电导性和耐冲击性能不强等问题。本发明提供的诸多技术方案中优选的技术方案能够实现提高受电弓碳滑板的机械强度、电导性和耐冲击性能，当碳滑板在运行中遇到导线硬点时不会折断或破裂，局部也不易拉沟，有效减少弓网事故的发生，从而保证电力机车长时间安全可靠的运行等技术效果，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：
本发明提供的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：预热，将铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为30-60min；
步骤二：研磨，将预热完毕的铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别进行研磨，研磨纯度为99.99%，研磨转速为350～600r/min，研磨的颗粒比为（10-30）:（15-20）:（1-10）；
步骤三：一次混粉，将研磨后的铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉按比例进行混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～1.5h，混捏后粉料自然冷却至常温；
步骤四：二次混粉，将一次混粉后的混捏料与炭黑、石墨粉按比例进行二次混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1.5～3h，混捏后粉料自然冷却至常温；
步骤五：湿混，将二次混粉后的混捏料与粘结剂环氧树脂进行混捏，混捏温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟。
步骤六：模压成型，将湿混后的混捏料倒入模具中，利用双向压制模压成型模具制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度，然后利用冷却设备对石墨烯碳滑板初胚进行冷却处理；
步骤七：一次焙烧，将模压成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到一次坯体，焙烧温度为20℃～1250℃，同时在1250℃温度下保温48h，焙烧时间为240h，出炉后自然冷却至常温；
步骤八：浸铜，首先将一次焙烧品称重后置入石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放入预热炉中进行预热，之后将铜放入融化池内进行融化，预热完毕后将石墨坩埚从预热炉中拉出并放置在融化池下，待铜融化完毕后将浸渍剂液态铜倒入装有一次焙烧品的石墨坩埚中，然后将装有金属铜溶液的石墨坩埚放入真空设备中抽真空，当真空度达到0.085MPa后真空结束，之后将石墨坩埚从真空设备中取出并再次放入到预热炉中预热半小时，预热完毕后待石墨坩埚冷却至室温即可取出；
步骤九：二次焙烧，将浸铜后的一次焙烧品放入焙烧炉中进行二次焙烧得到二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温48h，焙烧时间为300h；
步骤十；后续处理，根据所需制品性能的要求选择适当的后续处理工艺对二次坯体进行机械加工制得所需制品的碳滑板复合材料。
作为本案的重要设计，步骤三中铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉的重量比为8:12:20:25:35。
作为本案的优化设计，步骤四中混捏料与炭黑、石墨粉的重量比为25:40:35。
作为本案的优化设计，步骤五中湿混所采用的混捏机为具有自动报警装置的混捏机，该自动报警装置能够设定时间当混捏完毕后自动报警，混捏机内部的温度为120-220℃。
作为本案的优化设计，步骤八在预热炉和融化池通电工作前需要先检查电路、水路是否畅通，检查完毕后将准备好的铜放入到融化池中，然后开始通电并将电流调至220A，通电2小时后铜融化为液体。
作为本案的优化设计，步骤九中二次焙烧前利用烘干设备先对浸铜后的一次焙烧品进行烘干处理，然后再放入焙烧炉中进行二次焙烧。
作为本案的优化设计，步骤十中后续处理工艺包括精整、机械加工、化学处理、电镀。
作为本案的优化设计，所述铁红的粒度D50为10-25nm；
所述钴粉的粒度D50为15-30nm；
所述钛粉的粒度D50为10-20nm；
所述镍粉的粒度D50为10-35nm；
所述铜粉的密度为8.92×103/cm3；
所述炭黑的粒度D50为40-60nm；
所述石墨粉的粒度D50为20-40nm；
所述粘结剂环氧树脂的软化点为85～95℃；
所述浸渍剂液态铜为99%纯铜。
作为本案的优化设计，步骤五中混捏料与粘结剂环氧树脂的重量比为（70-75）:（25-30）。
有益效果在于：本发明所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法通过在铁红、钴粉、氧化铪、镍粉、铜粉、炭黑、石墨粉的混合物中加入粘结剂环氧树脂和浸渍剂液态铜，可以提升成品碳滑板的机械强度，使其在运行中不易折断和破裂，其制备工艺是首先对原料进行研磨，再通过模压成型、浸铜工艺、最后烧结炭化处理，可以增加碳滑板材料的密度和强度，提高受电弓碳滑板的机械强度、电导性和耐冲击性能，当碳滑板在运行中遇到导线硬点时不易拉沟，有效减少弓网事故的发生，从而保证电力机车长时间安全可靠的运行。
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。
本发明提供的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：预热，将铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为30-60min；
步骤二：研磨，将预热完毕的铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别进行研磨，研磨纯度为99.99%，研磨转速为350～600r/min，研磨的颗粒比为（10-30）:（15-20）:（1-10）；
步骤三：一次混粉，将研磨后的铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉按比例进行混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～1.5h，混捏后粉料自然冷却至常温；
步骤四：二次混粉，将一次混粉后的混捏料与炭黑、石墨粉按比例进行二次混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1.5～3h，混捏后粉料自然冷却至常温；
步骤五：湿混，将二次混粉后的混捏料与粘结剂环氧树脂进行混捏，混捏温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟。
步骤六：模压成型，将湿混后的混捏料倒入模具中，利用双向压制模压成型模具制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度，然后利用冷却设备对石墨烯碳滑板初胚进行冷却处理；
步骤七：一次焙烧，将模压成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到一次坯体，焙烧温度为20℃～1250℃，同时在1250℃温度下保温48h，焙烧时间为240h，出炉后自然冷却至常温；
步骤八：浸铜，首先将一次焙烧品称重后置入石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放入预热炉中进行预热，之后将铜放入融化池内进行融化，预热完毕后将石墨坩埚从预热炉中拉出并放置在融化池下，待铜融化完毕后将浸渍剂液态铜倒入装有一次焙烧品的石墨坩埚中，然后将装有金属铜溶液的石墨坩埚放入真空设备中抽真空，当真空度达到0.085MPa后真空结束，之后将石墨坩埚从真空设备中取出并再次放入到预热炉中预热半小时，预热完毕后待石墨坩埚冷却至室温即可取出，取出后的一次焙烧品增重率为33-35%；
步骤九：二次焙烧，将浸铜后的一次焙烧品放入焙烧炉中进行二次焙烧得到二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温48h，焙烧时间为300h；
步骤十；后续处理，根据所需制品性能的要求选择适当的后续处理工艺对二次坯体进行机械加工制得所需制品的碳滑板复合材料，该碳滑板复合材料的体积密度为8.0-9.0g/cm3、抗拉强度≥180Mpa、冲击韧性≥12J/cm2、20℃电阻率≤0.20µΩ·m、洛氏硬度（HBS）60-100。
作为可选的实施方式，步骤三中铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉的重量比为8:12:20:25:35。
步骤四中混捏料与炭黑、石墨粉的重量比为25:40:35。
步骤五中湿混所采用的混捏机为具有自动报警装置的混捏机，该自动报警装置能够设定时间当混捏完毕后自动报警，混捏机内部的温度为120-220℃。
步骤八在预热炉和融化池通电工作前需要先检查电路、水路是否畅通，检查完毕后将准备好的铜放入到融化池中，然后开始通电并将电流调至220A，通电2小时后铜融化为液体。
步骤九中二次焙烧前利用烘干设备先对浸铜后的一次焙烧品进行烘干处理，然后再放入焙烧炉中进行二次焙烧。
步骤十中后续处理工艺包括精整、机械加工、化学处理、电镀。
铁红的粒度D50为10-25nm；
钴粉的粒度D50为15-30nm；
钛粉的粒度D50为10-20nm；
镍粉的粒度D50为10-35nm；
铜粉的密度为8.92×103/cm3；
炭黑的粒度D50为40-60nm；
石墨粉的粒度D50为20-40nm；
粘结剂环氧树脂的软化点为85～95℃；
浸渍剂液态铜为99%纯铜。
步骤五中混捏料与粘结剂环氧树脂的重量比为（70-75）:（25-30）。
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 (9)
1.一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：预热，将铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为30-60min；
步骤二：研磨，将预热完毕的铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉分别进行研磨，研磨纯度为99.99%，研磨转速为350～600r/min，研磨的颗粒比为（10-30）:（15-20）:（1-10）；
步骤三：一次混粉，将研磨后的铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉按比例进行混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～1.5h，混捏后粉料自然冷却至常温；
步骤四：二次混粉，将一次混粉后的混捏料与炭黑、石墨粉按比例进行二次混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1.5～3h，混捏后粉料自然冷却至常温；
步骤五：湿混，将二次混粉后的混捏料与粘结剂环氧树脂进行混捏，混捏温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟；
步骤六：模压成型，将湿混后的混捏料倒入模具中，利用双向压制模压成型模具制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度，然后利用冷却设备对石墨烯碳滑板初胚进行冷却处理；
步骤七：一次焙烧，将模压成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到一次坯体，焙烧温度为20℃～1250℃，同时在1250℃温度下保温48h，焙烧时间为240h，出炉后自然冷却至常温；
步骤八：浸铜，首先将一次焙烧品称重后置入石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放入预热炉中进行预热，之后将铜放入融化池内进行融化，预热完毕后将石墨坩埚从预热炉中拉出并放置在融化池下，待铜融化完毕后将浸渍剂液态铜倒入装有一次焙烧品的石墨坩埚中，然后将装有金属铜溶液的石墨坩埚放入真空设备中抽真空，当真空度达到0.085MPa后真空结束，之后将石墨坩埚从真空设备中取出并再次放入到预热炉中预热半小时，预热完毕后待石墨坩埚冷却至室温即可取出；
步骤九：二次焙烧，将浸铜后的一次焙烧品放入焙烧炉中进行二次焙烧得到二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温48h，焙烧时间为300h；
步骤十；后续处理，根据所需制品性能的要求选择适当的后续处理工艺对二次坯体进行机械加工制得所需制品的碳滑板复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：步骤三中铁红、钴粉、钛粉、镍粉、铜粉的重量比为8:12:20:25:35。
3.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中混捏料与炭黑、石墨粉的重量比为25:40:35。
4.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五中湿混所采用的混捏机为具有自动报警装置的混捏机，该自动报警装置能够设定时间当混捏完毕后自动报警，混捏机内部的温度为120-220℃。
5.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：步骤八在预热炉和融化池通电工作前需要先检查电路、水路是否畅通，检查完毕后将准备好的铜放入到融化池中，然后开始通电并将电流调至220A，通电2小时后铜融化为液体。
6.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：步骤九中二次焙烧前利用烘干设备先对浸铜后的一次焙烧品进行烘干处理，然后再放入焙烧炉中进行二次焙烧。
7.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：步骤十中后续处理工艺包括精整、机械加工、化学处理、电镀。
8.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：所述铁红的粒度D50为10-25nm；
所述钴粉的粒度D50为15-30nm；
所述钛粉的粒度D50为10-20nm；
所述镍粉的粒度D50为10-35nm；
所述铜粉的密度为8.92×103/cm3；
所述炭黑的粒度D50为40-60nm；
所述石墨粉的粒度D50为20-40nm；
所述粘结剂环氧树脂的软化点为85～95℃；
所述浸渍剂液态铜为99%纯铜。
9.根据权利要求1所述的一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五中混捏料与粘结剂环氧树脂的重量比为（70-75）:（25-30）。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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