CN110156482B - 一种浸铜碳滑板材料及其浸铜碳滑板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浸铜碳滑板材料以及浸铜碳滑板的制备方法，属于碳滑板制备技术领域。其浸铜碳滑板的制备方法包括：碳滑板材料进行搅拌并混捏后将其置于放置有由金属丝搭建成的立体网状结构压制模具中，分别经过预压处理、固化处理和焙烧处理制得碳滑板；将碳滑板先经过浸酸处理和浸铜处理后，制得浸铜碳滑板。其浸铜碳滑板材料包括：石油焦粉30份～45份、沥青焦粉26份～32份、天然石墨粉5份～10份和人造石墨粉6份～9份。本发明的制备浸铜碳滑板的方法，无需外加高温高压就能轻松实现铜溶液的浸渍，且铜溶液的浸渍率高，制备得到的浸铜碳滑板的导电性、机械性和耐磨性高。

Description

一种浸铜碳滑板材料及其浸铜碳滑板的制备方法
技术领域
本发明涉及碳滑板制备技术领域，具体涉及一种浸铜碳滑板材料以及浸铜碳滑板的制备方法，更具体涉及一种高速列车用受电弓浸铜碳滑板材料以及浸铜碳滑板的制备方法。
背景技术
高速列车在行进过程中主要是通过受电弓滑板从接触网导线上获取能量，从而来驱动列车行驶的。一旦受电弓滑板和接触网导线一旦发生事故，将会带来十分严重的后果，直接造成重大经济损失。由此可见，高速列车唯一能量来源是通过受电弓从接触网导线上攫取的能量，因此，滑板质量稳定是高速列车正常行驶的前提。然而，受电弓滑板的工作环境是残酷的自然环境，经常遭遇到暴露冻雨、冰雪等恶劣天气，并且在高速运行中会与接触电网不断发生摩擦产生电弧、冲击等。因此，要求使用的受电弓滑板同时兼具高强度、高韧性、强导电性以及耐磨性等特点。
现如今的受电弓滑板主要有粉末冶金滑板、浸渍金属碳滑板、树脂基滑板和碳滑板。目前普遍使用的是浸渍金属碳滑板，它具有良好的导电，耐磨和自润滑性，并具有很好的抑制火花作用和高温不变形以及对接触网导线磨耗小的特点。但浸渍金属碳滑板制作工艺复杂，且浸渍金属效率偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浸铜碳滑板材料以及浸铜碳滑板的制备方法，以解决现有浸渍金属碳滑板制备工艺复杂且浸渍金属效率低下的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种浸铜碳滑板的制备方法，包括：
(1)将上述的碳滑板材料进行搅拌并混捏，然后将其置于放置有由金属丝搭建成的立体网状结构压制模具中，先预压处理后，然后进行固化处理和焙烧处理，制得碳滑板；
(2)将碳滑板先经过浸酸处理后，清洗干净后进行预热处理后再进行浸铜处理，制得浸铜碳滑板。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(1)中搅拌条件包括：搅拌温度为120℃～150℃，搅拌时间为40min～60min；混捏的条件包括：混捏温度为150℃～200℃；混捏时间为80min～100min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(1)中金属丝为能与酸反应的金属或金属氧化物，且金属丝的直径小于10μm。
优选地，金属丝为铁丝、铝丝、锌丝、镁丝、钠丝、锡丝、铅丝、氧化铜丝、氧化铁丝或氧化铝。
优选地，金属丝的直径为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm或9μm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(1)中预压处理的条件包括：预压压强为15MPa～25MPa，预压时间为30min-50min；
固化处理的条件包括：固化温度为120℃～180℃，固化时间为4h～8h；
焙烧处理的条件包括：焙烧温度为800℃～1200℃，焙烧时间为1h-2h。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)中浸酸处理包括将碳滑板浸于盐酸、硫酸或稀硝酸溶液中。
优选地，盐酸、硫酸或稀硝酸溶液的浓度为10wt～20wt％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)中预热的条件包括：预热温度为800℃～1200℃，预热时间为10min-30min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)中浸铜处理的步骤包括：将经浸酸处理的碳滑板浸入到1200℃-1500℃的铜溶液中，且维持3min-10min。
一种浸铜碳滑板材料，包括：石油焦粉30份～45份、沥青焦粉26份～32份、天然石墨粉5份～10份和人造石墨粉6份～9份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述浸铜碳滑板材料，包括：石油焦粉35份～40份、沥青焦粉28份～30份、天然石墨粉6份～9份和人造石墨粉7份～8份。
优选地，采用的石油焦粉的颗粒粒径为80目-100目，沥青焦粉的颗粒粒径为120目-180目，天然石墨粉的颗粒粒径为300目-340目以及人造石墨的颗粒粒径为80目-120目。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在制备的碳滑板中预埋由金属丝搭建成的立体网状结构，再通过浸酸处理将预埋的金属丝溶解，在碳滑板中留下立体网状结构的连通的空隙通道，在浸铜处理时通过空隙的毛细效应，利用液体表面张力与空隙通道内外压强差的作用迫使铜液浸入碳滑板，实现铜溶液能自动浸入到碳滑板中。
2、由于碳滑板中留下的空隙通道的毛细效应，使得在浸铜处理中无需外加高温高压就能很容易实现铜溶液的浸入，同时空隙通道之间彼此连通，极大提高了铜液在碳滑板内的流通性，从而提高铜溶液的浸渍率，进而提高制得浸铜碳滑板的整体性能。
3、同样由于通过金属丝搭建成的立体网状结构可以在碳滑板中形成空隙通道，无需再添加造孔剂制造空隙来浸渍，既提高了铜溶液的浸渍率又节约了原料。
4、本发明的浸铜碳滑板的制备方法，无需外加高温高压就能轻松实现铜溶液的浸渍，且铜溶液的浸渍率高，制备得到的浸铜碳滑板的导电性、机械性和耐磨性高。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的浸铜碳滑板的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳滑板材料在温度为120℃～150℃下搅拌40min～60min后，在温度为150℃～200℃下混捏80min～100min；
提前采用金属丝搭建成立体网状结构，先将其放置在压制模具中然后将混捏好的碳滑板材料倒入到压制模具中，先在压强为15MPa～25MPa下对压制模具进行预压处理30min-50min，将压制好的料柱在温度为120℃～180℃下固化处理4h～8h后，将固化处理后的料柱压制成碳滑板毛坯；待碳滑板毛坯冷却后在温度为800℃～1200℃下焙烧1h-2h制成碳滑板。
其中，采用的金属丝为能与酸反应的金属或金属氧化物，且金属丝的直径小于10μm。
(2)将内部含有金属丝搭建成立体网状结构的碳滑板浸入到酸溶液中，待酸溶液将金属丝溶解完全之后，对碳滑板进行清洗干净后，进行预热处理后将碳滑板浸入到1200℃-1500℃的铜液，保温条件下维持3min-10min，制得浸铜碳滑板。其中，浸酸溶液包括浸盐酸、浸硫酸或稀硝酸溶液。预热的条件包括：预热温度为800℃～1200℃，预热时间为10min-30min。
需要说明的是，优选地，本发明采用的石油焦粉的颗粒粒径为90目，沥青焦粉的颗粒粒径为150目，天然石墨粉的颗粒粒径为320目以及人造石墨的颗粒粒径为100目。
实施例1
本实施例中的碳滑板材料包括石油焦粉30份、沥青焦粉26份、天然石墨粉5份和人造石墨粉6份。
本实施例的浸铜碳滑板的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳滑板材料在温度为120℃下搅拌40min后，在温度为150℃下混捏80min。
提前采用金属丝搭建成立体网状结构，先将其放置在压制模具中然后将混捏好的碳滑板材料倒入到压制模具中，先在压强为15MPa下对压制模具进行预压处理30min，将压制好的料柱在温度为120℃下固化处理4h后，将固化处理后的料柱压制成碳滑板毛坯。待碳滑板毛坯冷却后在温度为800℃下焙烧1h制成碳滑板。其中采用的金属丝为铁丝，且金属丝的直径为2μm。
(2)将内部含有金属丝搭建成立体网状结构的碳滑板浸入到酸溶液中，待酸溶液将金属丝溶解完全之后，对碳滑板进行清洗干净后，在预热温度为800℃，预热时间为10min后将碳滑板浸入到1200℃的铜液，保温条件下维持3min，制得浸铜碳滑板。其中，浸酸溶液为浸盐酸溶液。
实施例2
本实施例中的碳滑板材料包括石油焦粉35份、沥青焦粉28份、天然石墨粉6份和人造石墨粉7份。
本实施例的浸铜碳滑板的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳滑板材料在温度为130℃下搅拌45min后，在温度为170℃下混捏85min。
提前采用金属丝搭建成立体网状结构，先将其放置在压制模具中然后将混捏好的碳滑板材料倒入到压制模具中，先在压强为17MPa下对压制模具进行预压处理35min，将压制好的料柱在温度为140℃下固化处理5h后，将固化处理后的料柱压制成碳滑板毛坯。待碳滑板毛坯冷却后在温度为900℃下焙烧1.5h制成碳滑板。其中，采用的金属丝为铝丝，且金属丝的直径为4μm。
(2)将内部含有金属丝搭建成立体网状结构的碳滑板浸入到酸溶液中，待酸溶液将金属丝溶解完全之后，对碳滑板进行清洗干净后，在预热温度为900℃，预热时间为15min后将碳滑板浸入到1300℃的铜液，保温条件下维持5min，制得浸铜碳滑板。其中，浸酸溶液为浸硫酸溶液。
实施例3
本实施例中的碳滑板材料包括石油焦粉37份、沥青焦粉29份、天然石墨粉7份和人造石墨粉8份。
本实施例的浸铜碳滑板的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳滑板材料在温度为135℃下搅拌50min后，在温度为180℃下混捏90min；
提前采用金属丝搭建成立体网状结构，先将其放置在压制模具中然后将混捏好的碳滑板材料倒入到压制模具中，先在压强为20MPa下对压制模具进行预压处理40min，将压制好的料柱在温度为150℃下固化处理6h后，将固化处理后的料柱压制成碳滑板毛坯。待碳滑板毛坯冷却后在温度为1000℃下焙烧1.5h制成碳滑板。其中，采用的金属丝为氧化铁丝，且金属丝的直径为6μm。
(2)将内部含有金属丝搭建成立体网状结构的碳滑板浸入到酸溶液中，待酸溶液将金属丝溶解完全之后，对碳滑板进行清洗干净后，在预热温度为1000℃，预热时间为20min后将碳滑板浸入到1400℃的铜液，保温条件下维持7min，制得浸铜碳滑板。其中，浸酸溶液为稀硝酸溶液。
实施例4
本实施例中的碳滑板材料包括石油焦粉40份、沥青焦粉30份、天然石墨粉9份和人造石墨粉8份。
本实施例的浸铜碳滑板的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳滑板材料在温度为140℃下搅拌55min后，在温度为190℃下混捏95min。
提前采用金属丝搭建成立体网状结构，先将其放置在压制模具中然后将混捏好的碳滑板材料倒入到压制模具中，先在压强为23MPa下对压制模具进行预压处理40min，将压制好的料柱在温度为160℃下固化处理7h后，将固化处理后的料柱压制成碳滑板毛坯。待碳滑板毛坯冷却后在温度为1100℃下焙烧2h制成碳滑板。其中，采用的金属丝为能与锌丝，且金属丝的直径为8μm。
(2)将内部含有金属丝搭建成立体网状结构的碳滑板浸入到酸溶液中，待酸溶液将金属丝溶解完全之后，对碳滑板进行清洗干净后，在预热温度为1100℃，预热时间为25min后将碳滑板浸入到1400℃的铜液，保温条件下维持8min，制得浸铜碳滑板。其中，浸酸溶液为浸硫酸溶液。
实施例5
本实施例中的碳滑板材料包括石油焦粉45份、沥青焦粉32份、天然石墨粉10份和人造石墨粉9份。
本实施例的浸铜碳滑板的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳滑板材料在温度为150℃下搅拌60min后，在温度为200℃下混捏100min。
提前采用金属丝搭建成立体网状结构，先将其放置在压制模具中然后将混捏好的碳滑板材料倒入到压制模具中，先在压强为25MPa下对压制模具进行预压处理50min，将压制好的料柱在温度为180℃下固化处理8h后，将固化处理后的料柱压制成碳滑板毛坯。待碳滑板毛坯冷却后在温度为1200℃下焙烧2h制成碳滑板。其中，采用的金属丝为氧化铜丝，且金属丝的直径为9μm。
(2)将内部含有金属丝搭建成立体网状结构的碳滑板浸入到酸溶液中，待酸溶液将金属丝溶解完全之后，对碳滑板进行清洗干净后，在预热温度为1200℃，预热时间为30min后将碳滑板浸入到1500℃的铜液，保温条件下维持9min，制得浸铜碳滑板。其中，浸酸溶液为浸盐酸溶液。
对照例
本对照例中的碳滑板材料包括石油焦粉37份、沥青焦粉29份、天然石墨粉7份、人造石墨粉8份和石墨烯5份。
本对照例的浸铜碳滑板的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳滑板材料在温度为135℃下搅拌50min后，在温度为180℃下混捏90min；
将混捏后碳滑板材料先在压强为20MPa下对压制模具进行预压处理1h，将压制好的料柱在温度为150℃下固化处理6h后，将固化处理后的料柱压制成碳滑板毛坯。待碳滑板毛坯冷却后在温度为1000℃下焙烧1h制成碳滑板。
(2)将碳滑板浸入到1400℃的铜液，在压强为10MPa。下保温维持7min，制得浸铜碳滑板。
将上述实施例1～5以及对照例制得的浸铜碳滑板进行性能测试，得到如下数据，如表1所示：
表1实施例和对照例制备得到的受电弓滑板性能测试表
Figure GDA0002098746350000081
通过表1可以看出，本发明的实施例1～5相较对照例而言，浸铜碳滑板的整体性能有所提高，其中浸铜增重率明显高于对照例，由于浸铜增重率的提高，从而同时降低了浸铜碳滑板的开口气孔率和电阻率，从而提高了浸铜碳滑板的整体导电性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种浸铜碳滑板的制备方法，其特征在于，包括：
（1）将上述的碳滑板材料进行搅拌并混捏，然后将其置于放置有由金属丝搭建成的立体网状结构压制模具中，先预压处理后，然后进行固化处理和焙烧处理，制得碳滑板，其中金属丝为能与酸反应的金属或金属氧化物，且金属丝的直径小于10μm；
（2）将碳滑板先经过浸酸处理后，清洗干净后进行预热处理后再进行浸铜处理，浸铜处理的步骤包括：将经浸酸处理的碳滑板浸入到1200℃-1500℃的铜溶液中，且维持3min-10min，制得浸铜碳滑板。
2.根据权利要求1所述的浸铜碳滑板的制备方法，其特征在于，步骤（1）中搅拌条件包括：搅拌温度为120℃~150℃，搅拌时间为40min~60min；混捏的条件包括：混捏温度为150℃~200℃；混捏时间为80min~100min。
3.根据权利要求1所述的浸铜碳滑板的制备方法，其特征在于，步骤（1）中预压处理的条件包括：预压压强为15MPa~25MPa，预压时间为30 min-50min；固化处理的条件包括：固化温度为120℃~180℃，固化时间为4h~8h；
焙烧处理的条件包括：焙烧温度为800℃~1200℃，焙烧时间为1h-2h。
4.根据权利要求1所述的浸铜碳滑板的制备方法，其特征在于，步骤（2）中浸酸处理包括：将碳滑板浸于盐酸、硫酸或稀硝酸溶液中。
5.根据权利要求1所述的浸铜碳滑板的制备方法，其特征在于，步骤（2）中预热的条件包括：预热温度为800℃~1200℃，预热时间为10min-30min。
6.一种浸铜碳滑板材料，采用如权利要求1-5任一项所述的浸铜碳滑板的制备方法，其特征在于，包括：石油焦粉30份~45份、沥青焦粉26份~32份、天然石墨粉5份~10份和人造石墨粉6份~9份。
7.根据权利要求6所述的浸铜碳滑板材料，其特征在于，包括：石油焦粉35份~40份、沥青焦粉28份~30份、天然石墨粉6份~9份和人造石墨粉7份~8份。
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