RU2566247C1 - Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления - Google Patents
Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566247C1 RU2566247C1 RU2014115552/02A RU2014115552A RU2566247C1 RU 2566247 C1 RU2566247 C1 RU 2566247C1 RU 2014115552/02 A RU2014115552/02 A RU 2014115552/02A RU 2014115552 A RU2014115552 A RU 2014115552A RU 2566247 C1 RU2566247 C1 RU 2566247C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- binder
- product
- natural graphite
- current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов. В способе получения электротехнического изделия смешивают порошок естественного графита и медный порошок, в полученную смесь вводят связующее, гомогенизируют смесь и вводят поливинилацетат, смешивают и сушат полученную массу при 45°C на протяжении 20 часов. Формуют изделие холодным прессованием и проводят высокотемпературную обработку со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов. Обеспечивается получение токопроводящего материала невысокой плотности, что облегчает процесс прессования и исключает расслоение изделия. 2 н.п. ф-лы, 4 пр.
Description
Изобретение относится к области производства композиционных материалов методами порошково-обжиговой технологии и может быть использовано при производстве токопроводящих контактных вставок для электровозов, трамваев и метропоездов, а также в электротехнических изделиях бытового назначения.
Известен композиционный медно-графитовый материал и способ его изготовления (патент РФ №2088682), применяемый в качестве токосъемных щеток электроподвижного транспорта. Материал согласно изобретению имеет следующий состав в мас.%: частицы графита 6,3-60,0, по крайней мере один карбид металла IV-VI групп 15-60, медь или ее сплавы - остальное. В качестве металлов IV-VI групп используют титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден и вольфрам. Материал может дополнительно содержать пироуглерод в виде матрицы в количестве 0,6-22,2 мас.% и может дополнительно содержать короткие углеродные волокна с длиной не более 5 мм и диаметром не более 8 мкм в количестве 0,1-4,2 мас.%. Карбиды металлов IV-VI групп нанесены на частицы графита и короткие углеродные волокна в виде не образующего «несплошностей» покрытия. Частицы графита могут быть выполнены в форме плоских дисков с диаметром не более 250 мкм и толщиной 6-20 мкм. Медь или ее сплавы могут содержаться в материале в виде матрицы.
Способ получения выше описанного спеченного меднографитового материала включает смешение частиц графита, плакированных карбидом по крайней мере одного металла IV-VI групп периодической системы с порошками меди или ее сплавов, формование из готовой смеси материала путем одноосного прессования со связующим и спекание материала при температуре выше температуры плавления меди. В процессе смешения добавляют короткие углеродные волокна. После проведения процесса спекания проводят насыщение пироуглеродом для получения пироуглеродной матрицы. Предпочтительный вариант: насыщение проводится из смеси метана и водорода при 1028-1065°C при остаточном давлении 2-30 торр.
Данный материал обладает удельным электрическим сопротивлением до 14 мкОм·м, коэффициентом трения 0,16-019, прочностью на сжатие 48-110 МПа. К недостаткам данного материала можно отнести сложность процесса модифицирования поверхности графита карбидами металлов IV-VI групп Периодической таблицы, дороговизну самого процесса; высокий коэффициент трения и относительно низкое удельное электрическое сопротивление.
Наиболее близким техническим решением является материал для токопроводящих контактных изделий и способ его изготовления (патент РФ №2150444), выбранный в качестве прототипа. Материал содержит следующие компоненты, мас.%: частицы естественного графита (размером от 4 до 300 мкм) 10-90, коксовый остаток 5-20, пиролитический углерод 5-70 (как правило - в виде матрицы), при этом он выполнен прессованным и обладает текстурой графита в плоскостях, перпендикулярных направлению прессования. Он также может дополнительно содержать от 0,1 до 30 мас.% углеродных волокон длиной до 30 мм.
Способ изготовления материала включает смешение в течение 1-3 ч частиц естественного графита и связующего, формирование из готовой смеси заготовки, ее обжиг 800-1100°C в течение 0,5-1,5 ч и последующее насыщение пироуглеродом. Токопроводящее контактное изделие выполнено из этого материала и имеет плотность не более 2,2 г/см3 и интенсивность изнашивания не более 0,1-0,14 мм на 1000 км пробега токоприемника.
К недостаткам следует отнести дороговизну готового изделия, связанную со сложностью процесса насыщения пиролитическим углеродом, низкой теплопроводностью и сложностью формования изделия из-за большого количества естественного графита.
В рассмотренных способах процесс насыщения пиролитическим углеродом производится под разрежением при высокой температуре с использованием определенной газовой среды, что приводит к удорожанию процесса получения материала, а соответственно, и самого материала.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получения токопроводящего композиционного материала невысокой плотности при сохранении требуемого уровня физико-механических характеристик за счет подбора компонентов и выбора оптимального технологического режима термообработки, что приводит к снижению его стоимости.
Поставленная задача решается тем, что токопроводящий композиционный материал, содержащий естественный графит, связующее и медный порошок дополнительно содержит в качестве пластификатора поливинилацетат в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов, при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
естественный графит - 40÷55;
медный порошок - 30;
связующее на основе новолачной смолы - 30÷15.
Способ получения материала включает смешивание порошкообразных компонентов, ввод связующего, гомогенизацию и дополнительное введение поливинилацетата с последующим смешиванием и сушкой массы при 45°C на протяжении 20 часов, формованием изделия методом холодного прессования и высокотемпературной обработкой со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов.
Поливинилацетат облегчает процесс прессования и исключает расслоение в заготовке изделия за счет придания пластичности материалу. Также возможно прессование сложного изделия, так как масса при прессовании приобретает пластичность и может принимать любую форму. В случае необходимости готовое отпрессованное изделие можно подвергнуть дополнительной калибровке.
Указанный нижний предел количества добавляемого пластификатора (9%) обусловлен необходимостью создания равномерного покрытия чешуек графита при перемешивании. При содержании пластификатора меньше 9% смесь не прессуется. Верхний предел (35%) обусловлен избыточным количеством пластификатора, при котором не происходит улучшения свойств, при этом увеличиваются технические сложности процесса прессования.
Количество связующего на основе новолачной смолы рассчитывалось из того, чтобы при обжиге в изделии была сформирована прочная матрица.
Количество медного порошка в композиции определяет величину удельного электрического сопротивления. Так, при содержании в составе композиции медного порошка менее 30% удельное электрическое сопротивление не обеспечивает требуемой величины, а при содержании более 30% практически не изменяется.
Пример 1
Образец был изготовлен следующим способом.
Смешиваем порошкообразные компоненты: естественный графит - 55%, медный порошок - 30% и вводим 15% связующего на новолачной смоле. Производим гомогенизацию и вводим поливинилацетат в количестве 9,1% от суммарной массы порошкообразных компонентов. Производим смешивание и подвергаем сушке при 45°C на протяжении 20 часов. Затем формуем изделия методом холодного прессования в одноместную глухую матрицу. Давление прессования 16,5 МПа. Затем изделие подвергается термообработке со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов.
Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 13,9 мкОм·м; коэффициент трения - 0,169; прочность на сжатие - 12,5 МПа; кажущаяся плотность - 2,65 кг/см2; удельная поверхность - 6,60 м2/г.
Пример 2
Технология получения изделия аналогична описанной в примере 1 и отличается тем, что количество добавленного поливинилацетата составило 16,7% от суммарной массы порошкообразных компонентов.
Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 14,2 мкОм·м; коэффициент трения - 0,171; прочность на сжатие - 11,2 МПа; кажущаяся плотность - 2,44 г/см3; удельная поверхность - 9,87 м2/г.
Пример 3
Технология получения изделия аналогична описанной в примере 1 и отличается тем, что количество добавленного поливинилацетата составило 24,8% от суммарной массы порошкообразных компонентов.
Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 14,4 мкОм·м; коэффициент трения - 0,172; прочность на сжатие - 11,6 МПа; кажущаяся плотность - 2,24 г/см3; удельная поверхность - 12,90 м2/г.
Пример 4
Технология получения изделия аналогична описанной в примере 1 и отличается тем, что количество добавленного поливинилацетата составило 33,3% от суммарной массы порошкообразных компонентов.
Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 14,0 мкОм·м; коэффициент трения - 0,176; прочность на сжатие - 12,4 МПа; кажущаяся плотность - 1,86 г/см3; удельная поверхность - 25,43 м2/г.
Полученный материал обладает развитой удельной поверхностью, позволяющей при необходимости дополнительно модифицировать изделие под конкретные нужды. Благодаря естественному графиту коэффициент трения по стальному и медному контртелу находится в пределах 0,16÷0,17, линейный износ за 12 часов составляет 1,47 мкм и при увеличении тока изменяется незначительно. Плотность материала сильно зависит от количества добавленного пластификатора и находится в пределах от 1,8 до 2,6 г/см3. Температура, при которой начинается процесс окисления композиции кислородом воздуха, превышает имеющиеся аналоги более чем на 100°C и составляет порядка 630-670°C. Это позволяет эксплуатировать данные электротехнические изделия при повышенной температуре окружающей среды. Данная технология является экологически безопасной, поскольку не содержит вредных веществ, и технически простой, что говорит о дешевизне получаемой продукции.
Claims (2)
1. Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, содержащего порошок естественного графита, связующее и медный порошок, формованием методом холодного прессования, отличающееся тем, что токопроводящий композиционный материал дополнительно содержит поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов, а в качестве связующего содержит связующее на основе новолачной смолы при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
естественный графит 40÷55
медный порошок 30
связующее на основе новолачной смолы 30÷15
2. Способ изготовления электротехнического изделия по п. 1, заключающийся в том, что смешивают порошок естественного графита и медный порошок, в полученную смесь вводят связующее, гомогенизируют смесь и вводят поливинилацетат, смешивают и сушат полученную массу при 45°C на протяжении 20 часов, после чего формуют изделия холодным прессованием и проводят высокотемпературную обработку со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014115552/02A RU2566247C1 (ru) | 2014-04-17 | 2014-04-17 | Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014115552/02A RU2566247C1 (ru) | 2014-04-17 | 2014-04-17 | Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2566247C1 true RU2566247C1 (ru) | 2015-10-20 |
Family
ID=54327674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014115552/02A RU2566247C1 (ru) | 2014-04-17 | 2014-04-17 | Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2566247C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1718312A1 (ru) * | 1989-03-01 | 1992-03-07 | Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта | Способ изготовлени металлографитовых щеток |
RU2086056C1 (ru) * | 1993-06-22 | 1997-07-27 | Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита | Способ изготовления электрощеток |
RU2150444C1 (ru) * | 1998-05-20 | 2000-06-10 | Бучнев Леонид Михайлович | Материал для токопроводящих контактных изделий, способ его изготовления и изделие |
WO2009035453A1 (en) * | 2007-09-13 | 2009-03-19 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Electrically conductive composition |
JP2010124687A (ja) * | 2009-12-24 | 2010-06-03 | Totan Kako Kk | 電気機械用カーボンブラシ |
-
2014
- 2014-04-17 RU RU2014115552/02A patent/RU2566247C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1718312A1 (ru) * | 1989-03-01 | 1992-03-07 | Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта | Способ изготовлени металлографитовых щеток |
RU2086056C1 (ru) * | 1993-06-22 | 1997-07-27 | Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита | Способ изготовления электрощеток |
RU2150444C1 (ru) * | 1998-05-20 | 2000-06-10 | Бучнев Леонид Михайлович | Материал для токопроводящих контактных изделий, способ его изготовления и изделие |
WO2009035453A1 (en) * | 2007-09-13 | 2009-03-19 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Electrically conductive composition |
JP2010124687A (ja) * | 2009-12-24 | 2010-06-03 | Totan Kako Kk | 電気機械用カーボンブラシ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105272254B (zh) | 一种受电弓碳滑板材料的制备方法 | |
CN108046803B (zh) | 一种添加沥青焦生产的高强度石墨制品及方法 | |
JP6344844B2 (ja) | 炭化ホウ素/ホウ化チタンコンポジットセラミックス及びその作製法 | |
JP2018168047A (ja) | 炭化珪素質焼結体の製造方法 | |
CN107827464B (zh) | 一种燃烧合成制备ZrTiCB四元陶瓷粉体的方法 | |
JP2010503605A (ja) | 低cte高等方性黒鉛 | |
JP2007161574A (ja) | 炭化珪素含有セラミックスを製造するための方法 | |
JP5376274B2 (ja) | 良導電性ダイヤモンド焼結体の製造方法 | |
JP4691891B2 (ja) | C−SiC焼結体およびその製造方法 | |
KR101454797B1 (ko) | 분말사출 성형체 제조방법 | |
RU2566247C1 (ru) | Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления | |
KR20190134242A (ko) | WC-Co계 초경공구용 복합재료 및 그 제조방법 | |
RU2623942C1 (ru) | Способ изготовления дисперсно-упрочненного композиционного электродного материала для электроискрового легирования и электродуговой наплавки | |
JP2013014487A (ja) | 導電性セラミックスの製造方法 | |
JP6680605B2 (ja) | 焼成用容器の製造方法 | |
Fujisawa et al. | SiC/C composites prepared from wood-based carbons by pulse current sintering with SiO2: Electrical and thermal properties | |
US935180A (en) | Graphite article and process of making the same. | |
JP7167814B2 (ja) | 改質ピッチの製造方法 | |
JP2018065703A (ja) | アルミニウム−黒鉛−炭化物の複合体 | |
Shul’zhenko et al. | Structure and electrophysical properties of the diamond–graphen–silicon carbide composite | |
US3296021A (en) | Heat-resistant and oxidationproof materials | |
JP6658226B2 (ja) | 摺動材料、摺動部材及び摺動材料の製造方法 | |
CN103708840A (zh) | 一种炭/陶复合材料的制造方法 | |
Elias et al. | Conversion of biomorphic silicon carbide from wood powders carbon template | |
US2493383A (en) | Production of useful articles from coal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170418 |