CN112091198A - 一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型炭/炭‑铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加多次并通过针刺的方式复合，制得预制体；S2：对步骤S1制得的预制体进行化学气相沉积热解炭处理，制得炭/炭复合材料；S3：对步骤S2中的炭/炭复合材料进行高温处理；S4：对经步骤S3高温处理的炭/炭复合材料进行机械加工至预设的滑条尺寸，制得预制滑条；S5：将步骤S4的预制滑条进行抽真空处理，然后加压浸渍铜或铜合金，制得炭/炭‑铜复合材料滑条。本发明所述工艺操作简单，制备出的滑条具有较好的抗冲击性能以及较小的电阻率，性能优良，具有很好的推广应用价值。
Description
【技术领域】
本发明涉及电力机车用材料技术领域，尤其涉及一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法。
【背景技术】
受电弓炭滑板是电力机车上的一种重要的集电元件，其一般安装在受电弓的最上端，直接与接触网导线接触，在列车行走过程中，从接触网导线上获得电流为机车供应电力。
炭滑板主要由滑条与铝合金粘结构成，通过滑条与高压接触线滑动，电力由接触网传输给机车，实现传导电流的功能。随着电力机车向高速方向发展，滑条在滑动过程中遭受接触网的冲击越来越大。因此，优异的滑条既要有小的电阻率，也同时具备良好的抗冲击性。
现有电力机车的滑条材质主要为纯炭和浸金属炭。纯炭材质滑条因电阻率高，传导电流能力弱，在电力机车领域应用受到极大限制；浸金属炭是电力机车滑条主流材质，浸金属炭是先利用沥青、石墨等制造多孔炭坯体，再在高温高压下浸渍铜或铜合金而成。
现有浸金属炭存在的主要问题：一是多孔炭中孔隙分布不均匀造成后续浸渍铜合金分布不均，炭条电阻率不一致，影响滑条受流质量；二是炭基体本身强度不高，造成最终的浸金属炭抗冲击性能弱。在实际生产中，因孔隙分布不匀产生大量废品。实际应用中，浸金属炭因抗冲击性能弱出现掉块、崩边而报废，威胁行车安全。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是针对现有浸金属炭滑条造孔不均匀、抗冲击性能差的不足，提出一种新型的、便捷的炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法。
本发明的技术解决方案如下：一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加多次并通过针刺的方式复合，制得预制体；
S2：对步骤S1制得的预制体进行化学气相沉积热解炭处理，制得多孔的炭/炭复合材料；
S3：对步骤S2中的炭/炭复合材料进行高温处理；
S4：对经步骤S3高温处理的炭/炭复合材料进行机械加工至预设的滑条尺寸，制得预制滑条；
S5：将步骤S4的预制滑条进行抽真空处理，然后加压浸渍铜或铜合金，制得炭/炭-铜复合材料滑条。
作为优选，步骤S1中所述通过针刺的方式复合制得预制体的步骤具体包括：采用接力式针刺的方法在垂直于所述0°无纬炭布所在平面的方向上引入炭纤维束，所述炭纤维束将多次循环叠加的所述0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布和炭纤维网胎均复合在一起，制得所述的预制体。
作为优选，步骤S1中制得的所述预制体的密度为0.3g/cm3～0.8g/cm3。
作为优选，步骤S2中化学气相沉积热解炭处理的反应条件为：以丙烯、乙炔或天然气为炭源气体，以氮气为稀释气体，其中炭源气体与稀释气体的体积比为1：(1～10)。
作为优选，步骤S2中所述炭/炭复合材料的密度为1.4g/cm3～1.62g/cm3。
作为优选，步骤S3中所述的高温处理的温度大于或等于2000℃。
作为优选，步骤S5中所述炭/炭-铜复合材料滑条的电阻率为1.8μΩ·m～3.5μΩ·m。
作为优选，步骤S5中所述炭/炭-铜复合材料滑条的冲击韧性为2.6J/cm2～4.5J/cm2。
作为优选，步骤S5中炭/炭复合材料浸渍铜或铜合金的步骤具体包括：先对炭/炭复合材料和铜或铜合金进行预热，预热至铜或铜合金完全熔化；然后将熔化的铜或铜合金倒入多孔的炭/炭复合材料中，充气加压，制得炭/炭-铜复合材料滑条。
作为优选，预热条件为：在1200℃～1400℃条件下保温2h；充气加压条件为：在10MPa～40MPa条件下，保压反应0.5h～5h。
本发明的有益效果如下：1)本发明以无纬炭布和炭纤维网胎形成的炭纤维毡体作为骨架，引入耐冲击的炭纤维，可显著提高材料的抗冲击性能。
2)利用化学气相沉积技术造孔，使孔隙分布更加均匀，化学气相沉积的热解炭以炭纤维为核心生长，在热解炭与热解炭之间可形成均匀的孔隙。
3)通过对经化学气相沉积热解炭处理过的炭/炭复合材料进行高温处理，具体采用2000℃以上的高温处理，可使得热解炭之间的孔隙进一步连通，从而形成三维网格状的开孔，便于后续浸渍的铜或铜合金存在于以上开孔内，形成三维网格，使得最终材料电阻率更低。
4)对多孔炭/炭复合材料进行抽真空处理，排除孔隙中的气体，降低浸渍时的阻力，在较低压力下能够将铜或铜合金浸渍入多孔炭/炭复合材料中，保证了成品率。
【具体实施方式】
本专利申请提供一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加多次并通过针刺的方式复合，制得预制体；S2：对步骤S1制得的预制体进行化学气相沉积热解炭处理，制得多孔的炭/炭复合材料；S3：对步骤S2中的炭/炭复合材料进行高温处理；S4：对经步骤S3高温处理的炭/炭复合材料机械加工至预设的滑条尺寸，制得预制滑条；S5：将步骤S4的炭/炭复合材料的预制滑条进行抽真空处理，然后再浸渍铜或铜合金，制得炭/炭-铜复合材料滑条。
进一步地，步骤S1中通过针刺的方式对0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布和炭纤维网胎进行循环交替叠加复合制得预制体的步骤具体包括：采用接力式针刺的方法在垂直于所述0°无纬炭布所在平面的方向上引入炭纤维束，所述炭纤维束将多次循环叠加的所述0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布和炭纤维网胎均复合在一起，制得预制体。通过多层0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布和炭纤维网胎循环叠加复合，两种无纬炭布与炭纤维网胎上下层叠交织，并通过炭纤维束将其复合为一体，结合更加紧密，材料布设更加均匀，每层无纬炭布均与上下两层炭纤维网胎相邻，这样布设形成的预制体结构更加稳定，制得产品的抗冲击性能更强。
进一步地，步骤S1中制得的所述预制体的密度为0.3g/cm3～0.8g/cm3。该密度范围内预制体的结构稳定，制得的产品的抗冲击性能强，制备工艺较为简单。
进一步地，步骤S2中化学气相沉积热解炭处理的反应条件为：以丙烯、乙炔或天然气为炭源气体，以氮气为稀释气体，其中炭源气体与稀释气体的体积比为1：(1～10)。化学气相沉积的热解炭以炭纤维为核心生长，在热解炭与热解炭之间可形成均匀的孔隙，通过化学气相沉积热解炭步骤S1的预制体，使预制体内呈现出均匀分布的孔隙；炭源气体与稀释气体的体积比保持在1：(1～10)，这样能对炭源气体起到恰当的稀释作用，使炭源气体在化学气相沉积过程中分布相对均匀，避免集中，这样在反应过程中可以抑制炭黑的生成，从而有效控制所制得的炭结构。
进一步地，步骤S2中所述炭/炭复合材料的密度为1.4g/cm3～1.62g/cm3。
进一步地，步骤S3中所述的高温处理的温度大于或等于2000℃。对化学气相沉积热解炭后的炭/炭复合材料进行不小于2000℃的高温处理，一方面能够让沉积在炭/炭复合材料上的热解炭内的炭氢小分子杂质挥发，进而使热解炭上的孔隙进一步打开并进一步连通，从而形成三维网格状的开孔，便于后续浸渍的铜或铜合金存在于以上开孔内，形成三维网格，使得最终材料电阻率更低；另一方面，经高温处理的炭/炭复合材料更容易进行机械加工。`
进一步地，步骤S5中炭/炭复合材料浸渍铜或铜合金的步骤具体包括：先对炭/炭复合材料和铜或铜合金进行预热，预热至铜或铜合金完全熔化；然后将熔化的铜或铜合金倒入多孔的炭/炭复合材料中，充气加压，制得炭/炭-铜复合材料滑条。其中，预热条件为：在1200℃～1400℃条件下保温2h；充气加压反应条件为：在10MPa～40MPa条件下，保压反应0.5h～5h。在这样的预热条件下，能够保证铜金属的熔化，方便向炭/炭复合材料中浸渍；由于步骤S4中对炭/炭复合材料进行了抽真空处理，排出了孔隙中的气体和杂质，降低了熔融金属浸渍时的阻力，故而在较低的压力下便可将熔融铜或铜合金浸入多孔炭/炭复合材料中，保证了成品率。
进一步地，步骤S5中制得的炭/炭-铜复合材料滑条的电阻率为1.8μΩ·m～3.5μΩ·m，冲击韧性为2.6J/cm2～4.5J/cm2。与现有工艺相比，制得的炭/炭-铜复合材料滑条的电阻率更小，耐冲击韧性更强。
下面通过具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。以下实施例中各材料均为市售。
实施例1
一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加多次并通过接力式针刺的方式在垂直于0°无纬炭布所在平面的方向引入炭纤维束，炭纤维束将交替叠加的多层上述的0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布复合，制得密度为0.58g/cm3的预制体，其中在本实施例中，无纬炭布与炭纤维网胎可采用日本东丽公司(Toray)生产的PAN型T700(12K)炭纤维制作，0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加。
步骤S2：采用丙烯为炭源气体，氮气为稀释气体，在850℃条件下，通过化学气相沉积预制体沉积热解炭至炭/炭复合材料密度为1.42g/cm3，其中，丙烯与氮气的体积比为1:10。
步骤S3：对步骤S2中的炭/炭复合材料进行2000℃的高温加热处理。
步骤S4：对经步骤S3高温处理的炭/炭复合材料机械加工至预设的滑条尺寸，制得预制滑条；
步骤S5：将步骤S4的炭/炭复合材料的预制滑条放入到高温、高压罐中进行抽真空处理，然后再浸渍铜-锡合金，从而制得炭/炭-铜复合材料滑条成品。浸渍前，罐体先抽真空，再对罐内的炭/炭复合材料和铜-锡合金进行预热，预热温度为1200℃，保温2h至铜-锡合金完全熔化，炭/炭复合材料受热均匀。将熔化的铜-锡合金倒入多孔的炭/炭复合材料制得的预制滑条中，充压力至10MPa，保压时间为5h，结束后，恢复压力至常压，随炉冷却至室温后，出炉。清除表面多余的铜-锡合金，获得最终的炭/炭-铜复合材料滑条，材料性能见附表1。
实施例2
一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加多次并通过接力式针刺的方式在垂直于0°无纬炭布所在平面的方向引入炭纤维束，炭纤维束将交替叠加的多层上述的0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布复合，制得密度为0.75g/cm3的预制体，其中在本实施例中，无纬炭布与炭纤维网胎可采用日本东丽公司(Toray)生产的PAN型T700(12K)炭纤维制作，0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加。
步骤S2：采用乙炔为炭源气体，氮气为稀释气体，在900℃条件下，通过化学气相沉积对预制体沉积热解炭至炭/炭复合材料密度为1.53g/cm3，其中，丙烯与氮气的体积比为1:5。
步骤S3：对步骤S2中的炭/炭复合材料进行2000℃的高温加热处理。
步骤S4：对经步骤S3高温处理的炭/炭复合材料机械加工至预设的滑条尺寸，制得预制滑条。
步骤S5：将步骤S4的炭/炭复合材料的预制滑条放入到高温、高压罐中进行抽真空处理，然后再浸渍铜-镁合金，从而制得炭/炭-铜复合材料滑条成品。浸渍前，罐体先抽真空，再对罐内的炭/炭复合材料和铜-镁合金进行预热，预热温度为1300℃，保温2h至铜-镁合金完全熔化，炭/炭复合材料受热均匀。将熔化的铜-镁合金倒入多孔的炭/炭复合材料制得的预制滑条中，充压力至40MPa，保压时间为0.5h，结束后，恢复压力至常压，随炉冷却至室温后，出炉。清除表面多余的铜-镁合金，获得最终的炭/炭-铜复合材料滑条，材料性能见附表1。
实施例3
一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加多次并通过接力式针刺的方式在垂直于0°无纬炭布所在平面的方向引入炭纤维束，炭纤维束将交替叠加的多层上述的0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布复合，制得密度为0.36g/cm3的预制体，其中在本实施例中，无纬炭布与炭纤维网胎可采用日本东丽公司(Toray)生产的PAN型T700(12K)炭纤维制作，0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加。
步骤S2：采用天然气为炭源气体，氮气为稀释气体，在875℃条件下，通过化学气相沉积对预制体沉积热解炭至炭/炭复合材料密度为1.61g/cm3，其中，丙烯与氮气的体积比为1:1。
步骤S3：对步骤S2中的炭/炭复合材料进行2000℃的高温加热处理。
步骤S4：对经步骤S3高温处理的炭/炭复合材料机械加工至预设的滑条尺寸，制得预制滑条。
步骤S5：将步骤S4的炭/炭复合材料的预制滑条放入到高温、高压罐中进行抽真空处理，然后再浸渍紫铜，从而制得炭/炭-铜复合材料滑条成品。浸渍前，罐体先抽真空，再对罐内的炭/炭复合材料和紫铜进行预热，预热温度为1400℃，保温2h至紫铜完全熔化，炭/炭复合材料受热均匀。将熔化的紫铜倒入多孔的炭/炭复合材料制得的预制滑条中，充压力至20MPa，保压时间为1.5h，结束后，恢复压力至常压，随炉冷却至室温后，出炉。清除表面多余的紫铜，获得最终的炭/炭-铜复合材料滑条，材料性能见附表1。
对比例
PanTrac公司生产的RH83M6浸金属炭滑条，其生产方法包括以下步骤：
步骤S1：首先将沥青焦、石墨烯和铜粉按质量份数比14:5:3进行混料、造粒，然后将造粒好的物料混合挤压成型，制得密度为的预制体；
步骤S2：将预制体高温焙烧，并机械加工至预设的滑条尺寸，制得多孔的预制滑条；
步骤S3：将预制滑条放入到高温、高压罐中浸渍铜-锡合金，制得滑条成品，材料性能见附表1。
附表1
| 实施例 | 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 电阻率(μΩ·m) | 冲击韧性(J/cm<sup>2</sup>) |
| 对比例 | 2.8 | 7 | 0.6 |
| 实施例1 | 3.28 | 1.8 | 4.5 |
| 实施例2 | 2.81 | 2.3 | 2.6 |
| 实施例3 | 2.57 | 3.5 | 3.4 |
通过对比可以发现，采用本发明所述方法生产的炭/炭-铜复合材料滑条的电阻率和冲击韧性明显优于进口产品RH83M6。
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同限于此，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。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。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 (10)
1.一种新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次循环叠加多次并通过针刺的方式复合，制得预制体；
S2：对步骤S1制得的预制体进行化学气相沉积热解炭处理，制得多孔的炭/炭复合材料；
S3：对步骤S2中的炭/炭复合材料进行高温处理；
S4：对经步骤S3高温处理的炭/炭复合材料进行机械加工至预设的滑条尺寸，制得预制滑条；
S5：将步骤S4的预制滑条进行抽真空处理，然后加压浸渍铜或铜合金，制得炭/炭-铜复合材料滑条。
2.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述通过针刺的方式复合制得预制体的步骤具体包括：采用接力式针刺的方法在垂直于所述0°无纬炭布所在平面的方向上引入炭纤维束，所述炭纤维束将多次循环叠加的所述0°无纬炭布、炭纤维网胎、90°无纬炭布和炭纤维网胎均复合在一起，制得所述的预制体。
3.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S1中制得的所述预制体的密度为0.3g/cm3～0.8g/cm3。
4.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S2中化学气相沉积热解炭处理的反应条件为：以丙烯、乙炔或天然气为炭源气体，以氮气为稀释气体，其中炭源气体与稀释气体的体积比为1：(1～10)。
5.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述炭/炭复合材料的密度为1.4g/cm3～1.62g/cm3。
6.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述的高温处理的温度大于或等于2000℃。
7.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述炭/炭-铜复合材料滑条的电阻率为1.8μΩ·m～3.5μΩ·m。
8.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述炭/炭-铜复合材料滑条的冲击韧性为2.6J/cm2～4.5J/cm2。
9.根据权利要求1所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，步骤S5中炭/炭复合材料浸渍铜或铜合金的步骤具体包括：先对炭/炭复合材料和铜或铜合金进行预热，预热至铜或铜合金完全熔化；然后将熔化的铜或铜合金倒入多孔的炭/炭复合材料中，充气加压，制得炭/炭-铜复合材料滑条。
10.根据权利要求9所述的新型炭/炭-铜复合材料滑条的制备方法，其特征在于，预热条件为：在1200℃～1400℃条件下保温2h；充气加压条件为：在10MPa～40MPa条件下，保压反应0.5h～5h。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113880598A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-04 | 湖北瑞宇空天高新技术有限公司 | 高铁用高电导率受电弓滑板用复合材料及其制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101787504A (zh) * | 2010-01-21 | 2010-07-28 | 上海大学 | 碳/碳-铜复合材料的制备方法 |
| CN104550868A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-04-29 | 温州新科先进粉体材料有限公司 | 受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗的方法 |
| CN104692823A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-10 | 中南大学 | 一种受电弓用c/c复合材料滑条的制备方法 |
| CN104774012A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-15 | 四川理工学院 | 电力机车受电弓浸铜碳滑板的生产方法 |
| US9790133B2 (en) * | 2015-03-27 | 2017-10-17 | Goodrich Corporation | Multiphase compositions for oxidation protection of composite articles |
| CN107686953A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-02-13 | 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 | 一种碳/碳‑铜复合材料的制备方法 |
| CN108610081A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-10-02 | 河南泛锐复合材料研究院有限公司 | 一种C/C-Cu复合材料的制备方法 |
| CN109422534A (zh) * | 2017-08-25 | 2019-03-05 | 比亚迪股份有限公司 | 碳滑板及其制备方法和应用 |
| WO2020064972A1 (de) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Denkendorf | Verfahren zur herstellung eines carbon-keramischen formkörpers |
-
2020
- 2020-08-10 CN CN202010796930.8A patent/CN112091198A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101787504A (zh) * | 2010-01-21 | 2010-07-28 | 上海大学 | 碳/碳-铜复合材料的制备方法 |
| CN104550868A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-04-29 | 温州新科先进粉体材料有限公司 | 受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗的方法 |
| CN104692823A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-10 | 中南大学 | 一种受电弓用c/c复合材料滑条的制备方法 |
| US9790133B2 (en) * | 2015-03-27 | 2017-10-17 | Goodrich Corporation | Multiphase compositions for oxidation protection of composite articles |
| CN104774012A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-15 | 四川理工学院 | 电力机车受电弓浸铜碳滑板的生产方法 |
| CN107686953A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-02-13 | 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 | 一种碳/碳‑铜复合材料的制备方法 |
| CN109422534A (zh) * | 2017-08-25 | 2019-03-05 | 比亚迪股份有限公司 | 碳滑板及其制备方法和应用 |
| CN108610081A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-10-02 | 河南泛锐复合材料研究院有限公司 | 一种C/C-Cu复合材料的制备方法 |
| WO2020064972A1 (de) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Denkendorf | Verfahren zur herstellung eines carbon-keramischen formkörpers |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 付广艳等: "《机械工程材料》", 28 February 2014, 北京理工大学出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113880598A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-04 | 湖北瑞宇空天高新技术有限公司 | 高铁用高电导率受电弓滑板用复合材料及其制备方法 |
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