高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料及其制備方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及一種高速鐵路動車組用受電弓滑板 復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】： 隨著我國電氣化鐵路的快速發(fā)展，將會有越來越多的高速列車在鐵路網(wǎng)上飛馳。高質(zhì) 量的受電弓滑板可為機車提供平穩(wěn)、安全的電力供應(yīng)，是確保機車高效運行的關(guān)鍵。受電弓 滑板自出現(xiàn)以來，其發(fā)展經(jīng)歷了金屬滑板、粉末冶金滑板、碳滑板、浸金屬碳滑板等階段。金 屬滑板和粉末冶金滑板的力學(xué)強度高、導(dǎo)電性能好，但其對接觸網(wǎng)導(dǎo)線的磨損嚴重、抗電弧 能力弱；碳滑板的自潤滑性和減磨性能好，但是碳滑板的力學(xué)強度低、耐沖擊性差，遇導(dǎo)線 硬點容易造成滑板斷裂或者掉塊；浸金屬碳滑板結(jié)合了金屬滑板和碳滑板的優(yōu)點：具有粉 末冶金滑板力學(xué)強度高、電阻小的特點，同時具有碳滑板對導(dǎo)線磨耗小、抗電弧能力強的特 點。但是浸金屬碳滑板仍然保留了粉末冶金滑板和碳滑板的缺點：例如碳滑板的抗沖擊能 力低、力學(xué)強度相對較低，運行中容易出現(xiàn)斷裂和掉塊；粉末冶金滑板對導(dǎo)線的磨耗大、運 行中易與導(dǎo)線發(fā)生粘連。
[0003] 為克服浸金屬碳滑板的缺點，提高滑板材料的性能，降低成本，本領(lǐng)域的研宄人員 加大了對纖維增強復(fù)合材料滑板的研宄，例如碳纖維復(fù)合材料、碳-金屬纖維復(fù)合材料和 碳-銅復(fù)合材料。發(fā)明專利（【申請?zhí)枴?7106646.9)"電力機車用碳-碳復(fù)合材料受電弓滑 板"公開了一種采用以鍍銅粉末為基體材料，以短碳纖維作為增強劑，用熱固性樹脂作為 粘結(jié)劑，采用濕態(tài)或者干態(tài)混合成型的制備受電工滑板的方法。采用該方法，（1)需要對 碳粉末(石墨粉或焦碳粉）進行鍍銅處理，增加了設(shè)備投資，且碳粉末表面鍍銅也不均勻，不 利于提高滑板材料的電傳導(dǎo)性能；（2)該制備方法最高只在180°C對坯料進行處理，處理 溫度低，不能充分發(fā)揮碳材料滑板的耐磨和良好的機械性能；（3)該方法生產(chǎn)周期長，成本 較高，批量化生產(chǎn)能力較差。發(fā)明專利（【申請?zhí)枴?01310111822. 2)"一種受電弓滑板用復(fù) 合材料及其制備方法"公布了一種受電弓滑板用復(fù)合材料的制備方法。該制備方法包括 以下步驟：連續(xù)碳纖維與銅絲構(gòu)成混合增強體一混合編制體去油活化一在編制體表面沉積 熱解碳一對沉積后的編制體反復(fù)浸漬-碳化一得到復(fù)合材料受電弓滑板。該方法中，（1) 需要采用連續(xù)碳纖維和銅絲制備增強體，成本高；（2)需要反復(fù)進行樹脂浸漬-碳化工藝， 周期長；（3)銅絲在高溫下有可能會融化，不能充分發(fā)揮其導(dǎo)電性能。發(fā)明專利（【申請?zhí)枴?201310308748. 3)"一種用于高速列車受電弓滑板碳/碳-石墨復(fù)合材料的制備方法"公布 了一種復(fù)合材料滑板制備方法。該方法的具體步驟如下：制備石墨懸濁液一向碳氈中浸漬 石墨懸濁液制備石墨預(yù)制體一對石墨預(yù)制體反復(fù)浸漬碳化一得到碳/碳-石墨復(fù)合材料。 該方法中，（1)懸濁液中的石墨顆?；蚴鄄灰捉B入碳氈中，且浸滲入的石墨也存在梯 度分布，造成其分布的不均勻；（2)反復(fù)盡心瀝青浸漬碳化，需要特殊的壓力浸漬設(shè)備，周 期較長、環(huán)境污染較大。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)制備中碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板的導(dǎo) 電性差、周期長、成本高等不足，提供一種短周期、低成本的高速鐵路動車組用受電弓滑板 復(fù)合材料及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是： 一種高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料，含有以重量百分比為單位的下列各原 料： 短切碳纖維30~60%，纖維長度2~5mm、直徑7~IOMm; 酚醛樹脂粉20~30%，200~400目； 瀝青焦粉10~20%，300~500目； 鱗片石墨粉10~20%，300~500目； 銅粉1~10%，800~1000目。
[0006] 上面所述高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料的制備方法，其具體步驟如下： (a) 按如下比例稱量原料：短切碳纖維30~60%、酚醛樹脂粉20~30%、瀝青焦粉10~ 20%、鱗片石墨粉10~20%、銅粉1~10%; (b) 將步驟（a)所稱量的原料用行星式球磨機以200~500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速混合2~ 5h，確保原料混合均勻； (c) 將步驟（b)制備的混合物倒入按照受電弓滑板結(jié)構(gòu)、尺寸制作的模壓機模具中壓制 成型； (d) 模壓機壓制時的具體工藝參數(shù)如下：溫度：120~200°C;壓力：1~5MPa;保壓時 間：2~5h; (e) 將步驟（d)制備的受電弓滑板坯體放入馬弗爐中進行預(yù)氧化處理；預(yù)氧化時，以 1~3°C/min的升溫速率升溫至300~500°C，保溫6~IOh;隨后斷電降溫； (f) 將步驟（e)預(yù)氧化處理后的受電弓滑板坯體放入碳化爐中進行碳化；碳化時，以 30~60°C/h的升溫速率升至900~1100 °C后保溫2~5h，然后以20~50°C/h的降溫速 率降至室溫； (g) 將步驟（f)制備出的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板坯體放入等溫化學(xué)氣相沉積爐 中進行致密化處理；致密化時，在氬氣保護氣氛下以3~5°C/min的升溫速率從室溫升至 1000~1200°C后保溫1~3h，然后關(guān)閉氬氣，通入2~5L/min甲烷氣體，沉積50~IOOh 后關(guān)閉甲烷氣體，在氬氣保護氣氛下以3~5°C/min的降溫速率降溫至室溫； (h) 將步驟（g)制備出的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板放入高溫石墨化處理爐中進行石 墨化處理，處理溫度為2300~2600°C，升溫速率為2~5°C/min，保溫時間為2~5h，然后 以1~:TC/min的降溫速率降溫至室溫，即得到所述的高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合 材料； (i) )將步驟（h)制備出的高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料進行加工即可得到最 終的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板。
[0007] 采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案所制備的高速鐵路列車碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板， 不僅周期短、成本低，而且性能指標優(yōu)異，具體詳見下表：

【具體實施方式】： 一種高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料，含有以重量百分比為單位的下列各原 料： 短切碳纖維30~60%，纖維長度2~5mm、直徑7~IOMm; 酚醛樹脂粉20~30%，200~400目； 瀝青焦粉10~20%，300~500目； 鱗片石墨粉10~20%，300~500目； 銅粉1~10%，800~1000目。
[0008] 上面所述高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料的制備方法，其具體步驟如下： (a) 按如下比例稱量原料：短切碳纖維30~60%、酚醛樹脂粉20~30%、瀝青焦粉10~ 20%、鱗片石墨粉10~20%、銅粉1~10% ; (b) 將步驟（a)所稱量的原料用行星式球磨機以200~500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速混合2~ 5h，確保原料混合均勻； (c) 將步驟（b)制備的混合物倒入按照受電弓滑板結(jié)構(gòu)、尺寸制作的模壓機模具中壓制 成型； (d) 模壓機壓制時的具體工藝參數(shù)如下：溫度：120~200°C;壓力：1~5MPa;保壓時 間：2~5h; (e) 將步驟（d)制備的受電弓滑板坯體放入馬弗爐中進行預(yù)氧化處理；預(yù)氧化時，以 1~3°C/min的升溫速率升溫至300~500°C，保溫6~IOh;隨后斷電降溫； (f) 將步驟（e)預(yù)氧化處理后的受電弓滑板坯體放入碳化爐中進行碳化；碳化時，以 30~60°C/h的升溫速率升至900~1100 °C后保溫2~5h，然后以20~50°C/h的降溫速 率降至室溫； (g) 將步驟（f)制備出的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板坯體放入等溫化學(xué)氣相沉積爐 中進行致密化處理；致密化時，在氬氣保護氣氛下以3~5°C/min的升溫速率從室溫升至 1000~1200°C后保溫1~3h，然后關(guān)閉氬氣，通入2~5L/min甲烷氣體，沉積50~IOOh 后關(guān)閉甲烷氣體，在氬氣保護氣氛下以3~5°C/min的降溫速率降溫至室溫； (h) 將步驟（g)制備出的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板放入高溫石墨化處理爐中進行石 墨化處理，處理溫度為2300~2600°C，升溫速率為2~5°C/min，保溫時間為2~5h，然后 以1~:TC/min的降溫速率降溫至室溫，即得到所述的高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合 材料； (i) )將步驟（h)制備出的高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料進行加工即可得到最 終的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板。
[0009] 將通過下面具體實施例對本發(fā)明作進一步的描述和說明： 實施例1: 一種高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下： (a) 按如下比例稱量原料：30 %的短切碳纖維(纖維長度2~5mm，直徑7~l〇Mm)，30% 的酚醛樹脂粉（200~400目），20%的瀝青焦粉（300~500目），10%的鱗片石墨粉（300~ 500目），10%的銅粉（800~1000目）； (b) 將步驟（a)稱量的原料用行星式球磨機以200轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速混合2h，確保原料混 合均勻； (c) 將步驟（b)制備的混合物倒入按照受電弓滑板結(jié)構(gòu)、尺寸制作的模壓機機模具中壓 制成型； (d) 模壓機壓制時的具體工藝參數(shù)如下：溫度：120°C;壓力：lMPa;保壓時間：2h; (e) 將步驟（d)制備出的受電弓滑板坯體放入馬弗爐中進行預(yù)氧化處理；預(yù)氧化時，以 1°C/min的升溫速率升溫至300°C，保溫6h，隨后斷電降溫； (f) 將步驟（e)預(yù)氧化處理后的受電弓滑板坯體放入碳化爐中進行碳化；碳化時，以 30°C/h的升溫速率升至900°C后保溫2h，以20°C/h的降溫速率降至室溫； (g) 將步驟（f)制備出的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板坯體放入等溫化學(xué)氣相沉積爐中 進行致密化處理；致密化時，在氬氣保護氣氛下以3°C/min的升溫速率從室溫升至1000°C 后保溫lh，然后關(guān)閉氬氣，通入2L/min甲烷氣體，沉積50h后關(guān)閉甲烷氣體，在氬氣保護氣 氛下以3°C/min的降溫速率降溫至室溫； (h) 將步驟（g)制備出的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板放入高溫石墨化處理爐中進行石 墨化處理，處理溫度為2300 °C，升溫速率為2°C/min，保溫時間為2h，然后以1°C/min的降 溫速率降溫至室溫，即得到高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料； (i) )將步驟（h)制備出的高速鐵路動車組用受電弓滑板復(fù)合材料進行加工即可得到最 終的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板。
[0010] 對實施例1所制備出的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板的性能進行測試，結(jié)果如下： 密度1.73g/cm3;電阻率18. 5l^*m，沖擊韌性0. 52J/cm2;壓縮強度124MPa;彎曲強度 82. 5MPa;滑板質(zhì)量磨耗比I. 18X10_2g/km;對接觸線磨耗比I. 43X10_6mm2/次。