RU2150444C1 - Material for current-conducting contact products, method of making said material, and product - Google Patents
Material for current-conducting contact products, method of making said material, and product Download PDFInfo
- Publication number
- RU2150444C1 RU2150444C1 RU98109629/03A RU98109629A RU2150444C1 RU 2150444 C1 RU2150444 C1 RU 2150444C1 RU 98109629/03 A RU98109629/03 A RU 98109629/03A RU 98109629 A RU98109629 A RU 98109629A RU 2150444 C1 RU2150444 C1 RU 2150444C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- graphite
- natural graphite
- pyrocarbon
- current
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к спеченным композиционным материалам, и может быть использовано в производстве токопроводящих контактных изделий, используемых для производства контактных вставок токоприемников электровозов, метропоездов, электропоездов, городского и другого электрифицированного транспорта. The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to sintered composite materials, and can be used in the manufacture of conductive contact products used for the production of contact inserts of current collectors of electric locomotives, metro trains, electric trains, urban and other electrified vehicles.
В патенте Российской Федерации N 2088682 описаны медно-графитовый материал для токопроводящих контактных изделий, способ его производства и изделие, выполненное из него. Материал содержит в мас.%: графит 6,3-60,0, его модификатор, обеспечивающий смачивание графита медью (карбиды металлов IV-VI групп Периодической таблицы) 15-60, пироуглерод 6-20, медь или медные сплавы - остальное. Способ изготовления материала предусматривает смешение частиц графита, плакированных карбидами металлов IV-VI групп Периодической таблицы с порошком меди или ее сплавов, добавление в смесь пластификатора, последующее смешение смеси с пластификатором, прессование путем одноосного прессования в стальной форме, спекание в защитной атмосфере или вакууме и последующее насыщение пироуглеродом. Из описания патента также известно токопроводящее контактное изделие (щетка), обладающее удельным электрическим сопротивлением до 14 мкОм•м, коэффициентом трения 0,16-0,19, твердостью по Шору 28-45 HS, прочностью на сжатие 48-110 МПа и износостойкостью под действием тока 0,27-1,9 мм на 1000 км пробега токоприемника. In the patent of the Russian Federation N 2088682 describes copper-graphite material for conductive contact products, the method of its production and the product made from it. The material contains in wt.%: Graphite 6.3-60.0, its modifier, which provides wetting of graphite with copper (carbides of metals of groups IV-VI of the Periodic Table) 15-60, pyrocarbon 6-20, copper or copper alloys - the rest. A method of manufacturing a material involves mixing graphite particles clad with metal carbides of groups IV-VI of the Periodic Table with a powder of copper or its alloys, adding a plasticizer to the mixture, then mixing the mixture with plasticizer, pressing by uniaxial pressing in a steel mold, sintering in a protective atmosphere or vacuum, and subsequent saturation with pyrocarbon. A conductive contact product (brush) is also known from the patent description, having a specific electrical resistance of up to 14 μOhm • m, a friction coefficient of 0.16-0.19, Shore hardness of 28-45 HS, compressive strength of 48-110 MPa and wear resistance under the action of a current of 0.27-1.9 mm per 1000 km of the current collector.
В патенте Российской Федерации N 2075805 описаны материал для токопроводящих контактных изделий, способ его изготовления и изделие, которые наиболее близки по своей технической сущности и достигаемому результату к предложенным. Материал содержит следующие компоненты в мас.%: молотые отходы обожженного углеродистого материала 1-16, молотые отходы графитированного углеродистого материала 1-16, углеродистый аэрогель 2-20, графит 3-6, кокс 6-32, связующее - твердый высокотемпературный пек - остальное. Способ включает совместный размол и смешение технического углерода, графита, кокса, углеродистого аэрогеля, отходов обожженного и графитированного углеродистого материала и связующего при следующем соотношении компонентов, мас.%: молотые отходы обожженного углеродистого материала 1-16, молотые отходы графитированного углеродистого материала 1-16, углеродистый аэрогель 2-20, графит 3-6, кокс 6-32, связующее - твердый высокотемпературный пек - остальное, затем из полученной смеси формируют заготовку, которую термообрабатывают при 1200oC и графитирут при 2800oC. Из готового материала изготавливают образцы и токопроводящие, в т.ч. токосъемные изделия.In the patent of the Russian Federation N 2075805 describes a material for conductive contact products, the method of its manufacture and the product, which are closest in their technical essence and the achieved result to those proposed. The material contains the following components in wt.%: Ground waste of calcined carbon material 1-16, ground waste of graphitized carbon material 1-16, carbon aerogel 2-20, graphite 3-6, coke 6-32, binder - solid high-temperature pitch - the rest . The method includes the joint grinding and mixing of carbon black, graphite, coke, carbon aerogel, waste calcined and graphitized carbon material and a binder in the following ratio of components, wt.%: Ground waste calcined carbon material 1-16, ground waste graphitized carbon material 1-16 , carbon-based airgel 2-20, graphite 3-6, coke 6-32, binder - solid high-temperature pitch - the rest, then a preform is formed from the resulting mixture, which is heat treated at 1200 o C and graphite ut at 2800 o C. From the finished material are made samples and conductive, including current collection products.
К недостаткам известных материалов, полученных известными способами, а также токопроводящего изделия, полученного из этого материала, можно отнести высокую плотность материала (до 2,6 г/см3), высокое удельное электрическое сопротивление (более 10 мкОм•м), низкую износостойкость и усложненную технологию получения.The disadvantages of the known materials obtained by known methods, as well as the conductive product obtained from this material, include high density of the material (up to 2.6 g / cm 3 ), high electrical resistivity (more than 10 μOhm • m), low wear resistance and sophisticated production technology.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение износостойкости материала и контртела при одновременном упрощении технологии, уменьшение плотности без увеличения удельного электрического сопротивления и его удешевление. The problem to which the invention is directed is to increase the wear resistance of the material and the counterbody while simplifying the technology, reducing the density without increasing the electrical resistivity and reducing its cost.
Поставленная задача решается тем, что материал для токосъемных контактных изделий, согласно изобретению, содержит частицы естественного графита, коксовый остаток и пироуглерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Частицы естественного графита - 10-90
Коксовый остаток - 5-20
Пиролитический углерод - 5-70,
при этом материал выполнен прессованным с текстурой графита по всему объему в плоскости, перпендикулярной направлению прессования.The problem is solved in that the material for collector contact products, according to the invention, contains particles of natural graphite, coke residue and pyrocarbon in the following ratio of components, wt.%:
Natural Graphite Particles - 10-90
Coke residue - 5-20
Pyrolytic carbon - 5-70,
wherein the material is extruded with a graphite texture throughout the volume in a plane perpendicular to the pressing direction.
Материал может содержать частицы естественного графита размером от 4 до 300 мкм и содержать пироуглерод в виде матрицы. The material may contain particles of natural graphite ranging in size from 4 to 300 microns and contain pyrocarbon in the form of a matrix.
Кроме того, он дополнительно может содержать от 0,1 до 30 мас.% углеродных волокон длиной до 30 мм и обладать плотностью 1,5 - 2,2 г/см3.In addition, it may additionally contain from 0.1 to 30 wt.% Carbon fibers up to 30 mm long and have a density of 1.5 - 2.2 g / cm 3 .
Поставленная задача также решается способом изготовления материала для токосъемных контактных изделий, включающем смешение частиц естественного графита и связующего в течение 1-3 ч, формирование из готовой смеси заготовки, ее обжиг при 800-1100oC в течение 0,5-1,5 часов с получением спеченной заготовки со сквозной пористостью не менее 10% и насыщение пироуглеродом с получением материала, содержащего в мас.%: частицы естественного графита 10-90, коксовый остаток 5-20, пиролитический углерод 5-70.The problem is also solved by a method of manufacturing a material for current-collecting contact products, including mixing particles of natural graphite and a binder for 1-3 hours, forming a preform from the finished mixture, burning it at 800-1100 o C for 0.5-1.5 hours to obtain a sintered preform with a through porosity of at least 10% and saturation with pyrocarbon to obtain a material containing in wt.%: particles of natural graphite 10-90, coke residue 5-20, pyrolytic carbon 5-70.
В процессе смешения дополнительно можно вводить углеродные волокна и порообразующий наполнитель в количестве до 40% мас. от массы шихты, а насыщение пироуглеродом вести при температуре 800-1200oC.In the mixing process, carbon fibers and a pore-forming filler in an amount up to 40% wt. by weight of the mixture, and saturation with pyrocarbon lead at a temperature of 800-1200 o C.
Поставленная задача решается также токосъемным контактным изделием, изготовленным из материала, содержащего в мас.%: частицы естественного графита 10-90, коксовый остаток 5-20, пиролитический углерод 5-70 и характеризуемого плотностью - 1,5-2,2 г/см3 и интенсивностью изнашивания не более 0,1-0,14 мм на 1000 км пробега токоприемника.The problem is also solved by a slip ring contact product made of a material containing in wt.%: Particles of natural graphite 10-90, coke residue 5-20, pyrolytic carbon 5-70 and characterized by a density of 1.5-2.2 g / cm 3 and wear rate of not more than 0.1-0.14 mm per 1000 km of the current collector.
Техническая сущность изобретения состоит в том, что в состав предлагаемого материала входят только углеродные составляющие: естественный графит, коксовый остаток связующего и пироуглерод. Графит обладает самосмазывающимися свойствами, что способствует снижению интенсивности изнашивания электрических контактов. Естественный же графит является наиболее инертным не только из других графитов (например, искусственного), но и из остальных углеродных материалов. Тот факт, что естественный графит существует в виде чешуек, позволяет получить в готовом изделии анизотропию проводящих свойств, улучшающую эксплуатационные характеристики. При содержании графита в материале менее 10 мас.% теряются его самосмазывающие свойства, снижается электропроводность, значительно увеличивается время пропитки пироуглеродом и стоимость материала. Верхняя граница содержания графита (90%) обусловлена резким снижением сквозной пористости и газопроницаемости, что приводит к невозможности отложения пироуглерода в объеме изделия. The technical essence of the invention lies in the fact that the composition of the proposed material includes only carbon components: natural graphite, coke residue of the binder and pyrocarbon. Graphite has self-lubricating properties, which helps to reduce the wear rate of electrical contacts. Natural graphite is the most inert not only from other graphites (for example, artificial), but also from other carbon materials. The fact that natural graphite exists in the form of flakes makes it possible to obtain anisotropy of conductive properties in the finished product, which improves operational characteristics. When the graphite content in the material is less than 10 wt.%, Its self-lubricating properties are lost, electrical conductivity is reduced, the time of pyrocarbon impregnation and the cost of the material are significantly increased. The upper limit of graphite content (90%) is due to a sharp decrease in through porosity and gas permeability, which leads to the impossibility of deposition of pyrocarbon in the volume of the product.
Направление, перпендикулярное текстуре графита, технологически обеспечивается его совмещением с направлением прессования. Этим обеспечивается анизотропия проводящих характеристик, в частности электро- и теплороводности. Причем в плоскостях текстуры электрическое сопротивление меньше, а теплопроводность больше, чем в перпендикулярном направлении, в 2-10 раз. The direction perpendicular to the texture of graphite is technologically ensured by its combination with the direction of pressing. This ensures the anisotropy of the conductive characteristics, in particular electric and thermal water. Moreover, in the planes of the texture, the electrical resistance is less, and the thermal conductivity is 2-10 times greater than in the perpendicular direction.
Органическое связующее добавляется для придания прессованной заготовке механической прочности, необходимой для проведения последующих технологических операций. Нижняя граница в виде коксового остатка (5%) определяется недостаточными механическими свойствами заготовки, а верхняя (20%) - определяется снижением электропроводности и повышением химической активности материала. An organic binder is added to give the pressed billet the mechanical strength necessary for subsequent processing operations. The lower boundary in the form of a coke residue (5%) is determined by the insufficient mechanical properties of the workpiece, and the upper (20%) is determined by a decrease in electrical conductivity and an increase in the chemical activity of the material.
Порообразующие вещества (наполнитель), обычно органические (например, древесная мука), добавляются в шихту содержанием до 40 мас.% для образования достаточной сквозной пористости и соответственно газопроницаемости при достижении достаточной плотности. Pore-forming substances (filler), usually organic (for example, wood flour), are added to the mixture with a content of up to 40 wt.% To form a sufficient through porosity and, accordingly, gas permeability when a sufficient density is achieved.
Ниже приведен пример реализации изобретения. The following is an example implementation of the invention.
Частицы естественного графита, связующего, измельченное углеродное волокно и древесную муку смешивали в закрытом вращающемся барабане в течение двух часов со скоростью обращения 60 об/мин. Затем путем прессования в стальной форме формовали заготовку с усилием - 300-1000 кг/см2, после чего проводили обжиг при 800-1100oC в течение 0,5-1,5 часов. Такой подбор режимов прессования и последующего обжига обусловил получение спеченной заготовки с пористостью не менее 10%. После этого проводили газофазное насыщение пиролитическим углеродом из метана при температуре 900-1200oC в течение 100 часов.Particles of natural graphite, a binder, chopped carbon fiber and wood flour were mixed in a closed rotating drum for two hours at a rotation speed of 60 rpm. Then, by pressing in steel form, a preform was formed with a force of 300-1000 kg / cm 2 , after which firing was carried out at 800-1100 o C for 0.5-1.5 hours. Such a selection of pressing and subsequent firing conditions led to the production of a sintered billet with a porosity of at least 10%. After that, gas-phase saturation with pyrolytic carbon from methane was carried out at a temperature of 900-1200 o C for 100 hours.
Из полученного материала изготавливалось токосъемное контактное изделие - контактная пластина или щетка. Определяли его плотность, износостойкость, твердость, удельное электрическое сопротивление, износостойкость под током и прочность на сжатие. A current-collecting contact product — a contact plate or brush — was made from the material obtained. Its density, wear resistance, hardness, electrical resistivity, current resistance to wear, and compressive strength were determined.
Испытания показали, что, например, материал, содержащий 50% графита, 45% пироуглерода и 5% коксового остатка, полученный при добавлении в шихту около 20% органического наполнителя - порообразователя, обладал твердостью 38 HS, пределом прочности на сжатие 49 МПа, удельным электрическим сопротивлением 2,8 мкОм•м, плотностью - 1,76 г/см3. Износостойкость материала при трении с токосъемом составила 0,1-0,14 мм на 1000 км пробега токоприемника, износ медного контртела уменьшился в 2-5 раз по сравнению с применением лучших аналогичных материалов, предельно допустимая линейная плотность электрического тока, выше которой начинается катастрофический износ материала и/или медного контртела, составляет для аналогичных материалов не более 14 А/мм, для предлагаемого материала эта величина составляет более 20 А/мм. Отношение удельного электрического сопротивления, измеренного в направлении прессования к измеренному в перпендикулярной к направлению прессования плоскости, составило 7. Свойства материала в зависимости от состава приведены в таблице.Tests have shown that, for example, a material containing 50% graphite, 45% pyrocarbon and 5% coke residue, obtained by adding about 20% of an organic filler, a pore former, had a hardness of 38 HS, a compressive strength of 49 MPa, and specific electric a resistance of 2.8 μOhm • m, a density of 1.76 g / cm 3 . The wear resistance of the material during friction with a current collector was 0.1-0.14 mm per 1000 km of run of the current collector, the wear of the copper counterbody decreased by 2-5 times compared to the use of the best similar materials, the maximum allowable linear density of the electric current above which catastrophic wear begins material and / or copper counterbody, for similar materials is not more than 14 A / mm, for the proposed material, this value is more than 20 A / mm The ratio of electrical resistivity measured in the pressing direction to that measured in a plane perpendicular to the pressing direction was 7. The material properties depending on the composition are given in the table.
Claims (10)
Частицы естественного графита - 10 - 90
Коксовый остаток - 5 - 20
Пиролитический углерод - 6 - 70
при этом он выполнен прессованным с текстурой графита по всему объему в плоскости, перпендикулярной направлению прессования.1. A material for conductive contact products containing particles of graphite, characterized in that it further comprises a coke residue and pyrocarbon, and as particles of graphite - particles of natural graphite in the following ratio of components, wt.%:
Natural Graphite Particles - 10 - 90
Coke residue - 5 - 20
Pyrolytic carbon - 6 - 70
however, it is made extruded with a graphite texture throughout the volume in a plane perpendicular to the direction of pressing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98109629/03A RU2150444C1 (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Material for current-conducting contact products, method of making said material, and product |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98109629/03A RU2150444C1 (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Material for current-conducting contact products, method of making said material, and product |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98109629A RU98109629A (en) | 2000-02-10 |
| RU2150444C1 true RU2150444C1 (en) | 2000-06-10 |
Family
ID=20206267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98109629/03A RU2150444C1 (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Material for current-conducting contact products, method of making said material, and product |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2150444C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470898C1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-12-27 | Иосиф Сергеевич Гершман | Material for producing contact current-collecting articles and method of producing said material |
| RU2510339C1 (en) * | 2012-10-25 | 2014-03-27 | Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" (НОУ ВПО "РосНОУ") | Electric vehicle pantograph slip ring and method of its fabrication |
| RU2566247C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-10-20 | Виктор Дмитриевич Ерошенко | Electrical product made from current-conducting composite material and method of making same |
| RU2708291C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ТрансТрибоЛогик" (ООО "ТрансТрибоЛогик") | Method of producing graphite-based material for sliding electric contacts and material |
| WO2020101520A1 (en) * | 2018-11-15 | 2020-05-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ТрансТрибоЛогик" (ООО "ТрансТрибоЛогик") | Method of producing material on the basis of graphite for sliding electrical contacts and material |
| RU2748329C1 (en) * | 2020-08-20 | 2021-05-24 | Публичное акционерное общество "Авиационная корпорация "Рубин" | Method for producing self-lubricating material based on artificial fine-grained graphite |
-
1998
- 1998-05-20 RU RU98109629/03A patent/RU2150444C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АВДЕЕНКО М.А. и др. Конструкционные материалы и изделия на основе углерода. - М.: Металлургия, 1970, с.34. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470898C1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-12-27 | Иосиф Сергеевич Гершман | Material for producing contact current-collecting articles and method of producing said material |
| RU2510339C1 (en) * | 2012-10-25 | 2014-03-27 | Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" (НОУ ВПО "РосНОУ") | Electric vehicle pantograph slip ring and method of its fabrication |
| RU2566247C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-10-20 | Виктор Дмитриевич Ерошенко | Electrical product made from current-conducting composite material and method of making same |
| RU2708291C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ТрансТрибоЛогик" (ООО "ТрансТрибоЛогик") | Method of producing graphite-based material for sliding electric contacts and material |
| WO2020101520A1 (en) * | 2018-11-15 | 2020-05-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ТрансТрибоЛогик" (ООО "ТрансТрибоЛогик") | Method of producing material on the basis of graphite for sliding electrical contacts and material |
| RU2748329C1 (en) * | 2020-08-20 | 2021-05-24 | Публичное акционерное общество "Авиационная корпорация "Рубин" | Method for producing self-lubricating material based on artificial fine-grained graphite |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105272254B (en) | A kind of preparation method of pantograph carbon slide material | |
| US5531943A (en) | Method of making a carbon/metal composite | |
| RU2150444C1 (en) | Material for current-conducting contact products, method of making said material, and product | |
| KR930009894B1 (en) | Carbon/metal composite | |
| CN107161976B (en) | A kind of pantograph pan copper/based composite material of carbon preparation method | |
| US4420539A (en) | Process for producing antifriction materials | |
| RU2441854C1 (en) | Material for production of contact current collection devices and method for its production | |
| JPS63140050A (en) | Current-collecting material | |
| RU2510339C1 (en) | Electric vehicle pantograph slip ring and method of its fabrication | |
| Ugwu et al. | Preparation of Carbon Brushes from Agro-Waste Materials Palm Kernels Shells for Automobile Industry | |
| CN115894032B (en) | Ti (titanium) 3 AlC 2 Preparation method of enhanced carbon-based pantograph slide plate | |
| RU2088682C1 (en) | Caked composite copper-graphite material and method of preparation thereof | |
| RU2207962C1 (en) | Method of manufacture of electric vehicle current collector contact slipper | |
| JPH09149503A (en) | Current collecting sliding member | |
| JPS61245957A (en) | Production of current collecting material | |
| RU2470898C1 (en) | Material for producing contact current-collecting articles and method of producing said material | |
| JP2697581B2 (en) | Current collector slides made of sintered copper impregnated carbon material with high toughness and high conductivity | |
| JP2916038B2 (en) | Method for producing carbon-based current collector sliding material | |
| KR960011512B1 (en) | Brush manufacturing method | |
| JPH0833109A (en) | Current collecting pantograph slider material of copper-infiltrated fe-bas sintered alloy with high wear resistance and electric conductivity | |
| RU2131940C1 (en) | Method of producing sintered material based on copper for electric contacts | |
| JPS60238402A (en) | Production of sliding material for current collection | |
| SU542276A1 (en) | Metal ceramic brush for electric cars | |
| JPS6183677A (en) | High antifriction carbon material | |
| CN118173402A (en) | Silver-graphite-based contact material and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040521 |
|
| HK4A | Changes in a published invention | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120521 |