CN1152809A - 镀铜碳纤维金属石墨复合电刷及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镀铜碳纤维金属石墨复合电刷及其制造方法。该电刷是在金属石墨质基体中外加入0.05～0.8％(重量)的长度为0.3～6mm的短切镀铜碳纤维，经混合、加压成型并烧结成的。由于在现有金属石墨质电刷中引进了短切镀铜碳纤维，降低了电刷的电阻率，电阻率≤0.3Ωmm2/m，提高了载流密度，载流密度可达25～35A/cm2，具有良好的滑动接触性能，完全适用于在低电压、大电流密度场合下使用。同时具有易于加工制造，可设计性强等优点。

Description

镀铜碳纤维金属石墨复合电刷 及其制造方法
本发明涉及一种镀铜碳纤维金属石墨复合电刷及其制造方法。
现有技术中的金属石墨质电刷主要有两种：一种为铜石墨质电刷，由铜粉和石墨粉经混合、压型、烧结制成。另一种为铜锡石墨质电刷，即在铜石墨质电刷中加入适量的锡以提高电刷的强度。金属石墨质电刷易于混合、压型，可设计性强，但载流密度小，接触性能差，无法满足低电压、高电流密度场合使用的要求。日本专利平2-290143《(电机电刷》中公开了一种由石墨质基体和1％-50％(wt)的长度为0.01mm-10mm的短切金属镀覆碳纤维，经混合、压型、烧结制成的复合电刷。其金属镀覆碳纤维可以为镀金碳纤维、镀铜碳纤维或镀银碳纤维。该电刷耐磨损，滑动接触性好，载流密度高。所存在的不足之处在于：由于电刷中金属镀覆碳纤维含量过高，造成加工过程中混均、成型困难，易使对磨副产生条痕，而且造价高。
本发明的目的是提供一种适于在低电压、高电流密度场合使用，易于加工制造，可设计性强的镀铜碳纤维金属石墨复合电刷及其制造方法。
本发明的目的是这样实现的。
一种镀铜碳纤维金属石墨复合电刷，具有金属石墨质基体。该电刷是在金属石墨质基体中外加入0.05-0.8％(重量)的长度为0.3-6mm的短切镀铜碳纤维，经混合、加压成型并烧结成的。
短切镀铜碳纤维为高模量镀铜碳纤维，其平均线径为6-12μm、镀层厚度为0.1-5μm。
金属石墨质基体为铜锡石墨质基体，成分范围为(重量)：铜含量≥99.5％的铜粉76-86％、锡含量≥99.5％的锡粉2-5％、含碳量≥94％的石墨粉10-20％。
这种镀铜碳纤维金属石墨复合电刷的制造方法是：在金属石墨质基体中外加入0.05-0.8％(重量)的长度为0.3-6mm的短切镀铜碳纤维作为原料，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890-960℃。
原料中的短切镀铜碳纤维为高模量镀铜碳纤维，其平均线径为6-12μm、镀层厚度为0.1-5μm。
原料中的金属石墨质基体为铜锡石墨质基体，其组成为(重量)：
-200目铜含量≥99.5％的铜粉76-86％
-200目锡含量≥99.5％的锡粉2-5％
-325目含碳量≥94％的石墨粉10-20％。
本发明由于在现有金属石墨质基体中引进了短切镀铜碳纤维，降低了电刷的电阻率，从而提高了载流密度，易使集电器表面的氧化膜达到平衡状态。经试验表明：短切镀铜碳纤维的外加入含量以在0.05～0.8％(重量)之间为好。低于0.05％时，电刷载流密度的提高极为有限。而高于0.8％时则造成成型困难，磨擦系数增大，易使对磨副造成″条纹″，另外也增加了制造成本。短切镀铜碳纤维的长度在短于0.3mm时，会降低作用效果，而长于6mm时，则易结团，造成分布不均，而导致材质缺陷。电刷的导电性随镀铜碳纤维镀铜层厚度的增加而增加，但当镀层厚度大于5μm后，导电性随其镀层增加的幅度变得十分缓慢。
本发明镀铜碳纤维金属石墨复合电刷的电阻率≤0.3Ωmm2/m，载流密度可达25～35A/cm2，具有良好的滑动接触性能，完全适合于在低电压、大电流密度场合使用。另外耐磨损，使用寿命长，与现有技术相比该电刷还具有易于加工制造，可设计性强，成本较低等优点。
下面介绍本发明的实施例。
实施例1：
1)配料组成(重量)：
-200目铜含量≥99.5％的电解铜粉86％，
-200目锡含量≥99.5％的锡粉3％，
-325目含碳量≥94％的鳞片石墨粉11％，
平均线径为10μm、镀层厚度为0.5μm、长度为0.3～6mm的短切高模量镀铜碳纤维(外加)0.05％。
2)工艺过程：
将上述配料混合均匀，在392MPa下压制成型，在非氧化气氛中烧结，最终烧成温度为890℃。
采用上述方法制成的电刷的理化性能见附表1。
实施例2：
1)配料组成(重量)：
-200目铜含量≥99.5％的电解铜粉83％
-200目锡含量≥99.5％的锡粉3％
-325目含碳量≥94％的鳞片石墨粉14％。
平均线径为10μm、镀层厚度为0.5μm、长度为0.3～6mm的短切高模量镀铜碳纤维(外加)0.1％。
2)工艺过程：
将上述配料混合均匀，在294MPa下压制成型，在非氧化性气氛中烧结，最终烧成温度为940℃。
采用上述方法制成的电刷的理化性能见附表1。
实施例3：
1)配料组成(重量)：
-200目铜含量为99.5％的电解铜粉76％，
-200目锡含量为99.5％的锡粉5％，
-325目含碳量为94％的鳞片石墨粉19％。
平均线径为10μm、镀层厚度为0.5μm、长度为0.3～6mm的短切高模量镀铜碳纤维(外加)0.8％。
2)工艺过程：
将上述配料混合均匀，在200MPa下压制成型，在非氧化性气氛中烧结，最终烧成温度为960℃。
采用上述方法制成的电刷的理化性能见附表1。
附表1.镀铜碳纤维金属石墨复合电刷理化性能
  实施例1   实施例2   实施例3
  铜粉％(重量)     86     83     76
    锡粉％(重量)     3     3     5
  石墨粉％(重量)     11     14     19
镀铜碳纤维％(重量)   0.05(外加)   0.1(外加)   0.8(外加)
  体积密度g/cm3     5.8     5.4     4.6
  洛氏硬度HR10/40     70     75     80
  电阻率Ωmm2/m     0.30     0.28     0.30
额定电流密度A/cm2     30     35     25
    摩擦系数     0.34     0.32     0.30
  磨损率mm/50H     0.05     0.04     0.08

Claims (6)

1.一种镀铜碳纤维金属石墨复合电刷，具有金属石墨质基体，其特征在于：所述电刷是在金属石墨质基体中外加入0.05-0.8％(重量)的长度为0.3-6mm的短切镀铜碳纤维，经混合、加压成型并烧结成的。
2.根据权利要求1所述的电刷，其特征在于所述的短切镀铜碳纤维为高模量镀铜碳纤维，其平均线径为6-12μm、镀层厚度为0.1-5μm。
3.根据权利要求1所述的电刷，其特征在于所述的金属石墨质基体为铜锡石墨质基体，成分范围为(重量)：铜含量≥99.5％的铜粉76-86％、锡含量≥99.5％的锡粉2-5％、含碳量≥94％的石墨粉10-20％。
4.一种如权利要求1所述的电刷的制造方法，包括混合、加压成型和烧结工艺，其特征在于：在金属石墨质基体中外加入0.05-0.8％(重量)的长度为0.3-6mm的短切镀铜碳纤维作为原料，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890-960℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述原料中的短切镀铜碳纤维为高模量镀铜碳纤维，其平均线径为6-12μm、镀层厚度为0.1-5μm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的原料中的金属石墨质基体为铜锡石墨质基体，其组成为(重量)：
-200目铜含量≥99.5％的铜粉76-86％
-200目锡含量≥99.5％的锡粉2-5％
-325目含碳量≥94％的石墨粉10-20％。
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