一種受電弓用c/c復(fù)合材料滑條的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制造方法，屬于電力機(jī)車用材料制 備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力牽引的高速列車是通過(guò)受電弓碳滑板上的碳滑條與接觸網(wǎng)導(dǎo)線摩擦接觸，將 電網(wǎng)上的電流傳輸給機(jī)車電力系統(tǒng)，從而供給高速列車動(dòng)力，維持機(jī)車正常運(yùn)行的。為實(shí)現(xiàn) 上述功能，受電弓碳滑條必須具備低的電阻率和良好的耐磨性。
[0003] 在列車高速運(yùn)行過(guò)程中，由于網(wǎng)線的振動(dòng)，碳滑條經(jīng)常受到電網(wǎng)的沖擊，特別是在 經(jīng)過(guò)電網(wǎng)的"硬點(diǎn)"時(shí)，受電弓滑板上的碳滑條承受的沖擊更為嚴(yán)重，有時(shí)甚至出現(xiàn)將碳滑 板直接沖斷的現(xiàn)象，直接影響了列車運(yùn)行的安全性和可靠性。為此，受電弓碳滑條必須具備 優(yōu)良的機(jī)械性能，特別是高的抗沖擊韌性。
[0004] 為確保電力機(jī)車運(yùn)行安全，延長(zhǎng)碳滑板的使用壽命，碳滑條必須兼具優(yōu)良的機(jī) 械性能和低的電阻率。目前，專利申請(qǐng)?zhí)?01410111706. 5 "一種鐵路機(jī)車用受電弓滑板 材料及其制備方法"公開(kāi)了一種以石油焦和石墨為原料，瀝青作粘結(jié)劑，通過(guò)傳統(tǒng)的擠 壓、焙燒、炭化工藝制造的受電弓滑板，其機(jī)械性能很低，且產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。專利申請(qǐng)?zhí)?200710017899. 8 "電力機(jī)車用炭/炭受電弓滑板的制備方法"公開(kāi)了一種采用化學(xué)氣相沉 積和樹(shù)脂浸漬-炭化工藝制備的炭/炭受電弓滑板，由于未采用前熱處理工藝導(dǎo)致制備長(zhǎng) 碳滑條時(shí)，易出現(xiàn)變形、彎曲，影響產(chǎn)品尺寸精度，且未采用后熱處理，炭滑條的電阻率高， 抗沖擊韌性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有純碳滑板機(jī)械強(qiáng)度差、電阻率高、性能不 穩(wěn)定等問(wèn)題，提供一種具有優(yōu)異機(jī)械性能、低電阻率和性能穩(wěn)定可靠的受電弓C/C滑條及 其制備方法。
[0006] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，包括下述步驟：
[0007]步驟一
[0008] 按炭布和炭氈質(zhì)量比7.5-9 :3-1，優(yōu)選為8-9 :2-1，進(jìn)一步優(yōu)選為8:2,將單層0° 無(wú)煒炭布，炭纖維網(wǎng)胎、90°無(wú)煒炭布、炭纖維網(wǎng)胎依次逐層循環(huán)疊加后，采用接力式針刺 的方法在垂直于鋪層方向引入炭纖維束制成密度為0. 3~0. 6g/cm3的2. ?炭纖維針刺整 體氈；
[0009] 步驟二
[0010] 將步驟一所得炭纖維針刺整體氈固定后置于加熱爐中，在保護(hù)氣氛下，于1500~ 2100°C，優(yōu)選為1800-2100 °C，進(jìn)一步優(yōu)選為1800-2000°C，進(jìn)行前高溫?zé)崽幚恚坏玫角案邷?熱處理后的整體氈；
[0011] 步驟三
[0012] 將步驟二所得前高溫?zé)崽幚砗蟮恼w氈進(jìn)行化學(xué)氣相沉積熱解碳處理，得到沉積 均勻且密度為1. 4~1. 6g/cm3的C/C復(fù)合材料；
[0013] 步驟四
[0014] 按設(shè)計(jì)滑條的尺寸進(jìn)行機(jī)械加工，并預(yù)留加工余量后進(jìn)行聚合物浸漬-炭化處 理，直至得到密度為1. 7~1. 9g/cm3的高密度C/C復(fù)合材料；
[0015] 步驟五
[0016] 在保護(hù)氣氛下，對(duì)步驟四所得高密度C/C復(fù)合材料進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理 時(shí)，控制溫度為1800~2600°C，優(yōu)選為1800-2300°C，進(jìn)一步優(yōu)選為2000-2300°C。
[0017] 步驟六
[0018] 按設(shè)計(jì)滑條的尺寸進(jìn)行機(jī)械加工后，清洗，得到成品。
[0019] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟一中所述炭布為0°無(wú) 煒炭布和90°無(wú)煒炭布。
[0020] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟一中所述炭氈為炭纖維 網(wǎng)胎。
[0021] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟一中所述炭布與炭氈的 質(zhì)量比為7.5-9 :3-1，優(yōu)選為8-9 :2-1，進(jìn)一步優(yōu)選為8:2;尤其是當(dāng)炭布與炭氈的質(zhì)量比 為8 :2時(shí)，其力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)的優(yōu)于7:3的比例（傳統(tǒng)的比例為7 :3)。
[0022] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟二中，所述前高溫?zé)崽?理的時(shí)間為3~10小時(shí)，優(yōu)選為3-8小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選為5-8小時(shí)。
[0023] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟二中，所述保護(hù)氣氛選 自氬氣氣氛、氮?dú)鈿夥罩械囊环N。
[0024] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟二中，前高溫?zé)崽幚頃r(shí)， 控制爐內(nèi)壓力為微正壓。
[0025] 為了提升最終產(chǎn)品的性能，本發(fā)明步驟二的優(yōu)選實(shí)施方案為：
[0026] 采用石墨工裝將步驟一所得炭纖維針刺整體氈夾緊，固定，防止炭纖維氈體因尺 寸細(xì)長(zhǎng)而變形；隨后在高溫?zé)崽幚頎t中進(jìn)行前高溫?zé)崽幚?，前高溫處理時(shí)，所用保護(hù)氣氛為 氬氣，氬氣在爐內(nèi)的壓力為微正壓。前高溫?zé)崽幚砑染徑饬颂坷w維預(yù)制體在編織過(guò)程中產(chǎn) 生的殘余應(yīng)力，又去除了炭纖維束表面的膠。
[0027] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟三中，化學(xué)氣相沉積熱 解碳時(shí)的條件為：
[0028] 碳源氣體選自甲烷、丙烯、天然氣中的至少一種；
[0029] 稀釋氣體為氮?dú)夂?或氫氣；
[0030] 碳源氣體與稀釋氣體的體積比為1:1~3;
[0031] 沉積溫度為800~1100°C，優(yōu)選為850-1050°C，進(jìn)一步優(yōu)選為850-950°C;
[0032] 沉積時(shí)間為200~400小時(shí)，優(yōu)選為200-350小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選為250-350小時(shí)。
[0033] 為了進(jìn)一步提升最終產(chǎn)品的性能，本發(fā)明在化學(xué)氣相沉積熱解碳時(shí)的優(yōu)選實(shí)施方 案為：
[0034] 將步驟二所得前高溫?zé)崽幚砗蟮恼w氈固定在石墨工裝上，所述石墨工裝能調(diào)整 體氈在沉積爐中的角度和位置；以甲烷、丙烯、天然氣中的至少一種作為碳源氣體，以氮?dú)?和/或氫氣作為稀釋氣體，碳源氣體與稀釋氣體的體積比為1:1~3,先沉積一段時(shí)間至整 體氈增重0. 4~0. 6g/cm3后；以長(zhǎng)度方向中心線為軸旋轉(zhuǎn)氈體，其旋轉(zhuǎn)角度為1-180度， 繼續(xù)沉積制得密度為1. 4~1. 6g/cm3的低密度C/C復(fù)合材料；沉積時(shí)控制溫度為800~ 1KKTC。在該方案中，之所以以長(zhǎng)度方向中心線為軸旋轉(zhuǎn)氈體，是為了減小了因爐內(nèi)氣氛不 勻造成C/C復(fù)合材料密度不勻，保證氈體不同部位沉積的均勻性。
[0035] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟四中，按設(shè)計(jì)滑條的尺 寸進(jìn)行機(jī)械加工并預(yù)留加工余量是指：機(jī)械加工后，在滑條寬度方向留l_2mm余量。
[0036] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，進(jìn)行聚合物浸漬-炭化處理 是將機(jī)加工后的復(fù)合材料采用石墨工裝夾持固定后進(jìn)行聚合物浸漬-炭化處理。
[0037] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟四中，進(jìn)行聚合物浸 漬-炭化處理時(shí)，所用聚合物為樹(shù)脂或?yàn)r青；所述樹(shù)脂選自呋喃樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂中的至少一 種。
[0038] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟四中，浸漬樹(shù)脂時(shí)，控制 溫度為50-170°C、壓力為1~3MPa，單次浸漬時(shí)間為1-5小時(shí)；單次浸漬樹(shù)脂完成后，在 180-300°C進(jìn)行固化1-5小時(shí)；固化后在800~1100°C、優(yōu)選為850-1050°C、進(jìn)一步優(yōu)選為 850-950°C，進(jìn)行炭化40-60小時(shí)，炭化氣氛為氮?dú)猓恢貜?fù)浸漬、固化、炭化工藝直至得到密 度為1. 7~1. 9g/cm3的高密度C/C復(fù)合材料。
[0039] 本發(fā)明一種受電弓用C/C復(fù)合材料滑條的制備方法，步驟四中，浸漬瀝青時(shí)，控制 溫度為150_250°C，壓力為1~3MPa，單次浸漬時(shí)間為1-5小時(shí)；單次浸漬瀝青后在800~ 1100°C、優(yōu)選為850-1050°C，進(jìn)一步優(yōu)選為850-950°C，進(jìn)行炭化40-60小時(shí)，