一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電動機和發(fā)動機配件技術領域，具體涉及一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法。
【背景技術】
[0002]電刷作為電機的一個重要的導電零件，不斷與旋轉的換向器或集電環(huán)表面接觸而流暢地傳導電流，因此要求它必須具備多方面看來相互矛盾的特性:摩擦系數(shù)和磨損量小，不研磨或損傷換向器和集電環(huán):機械強度大，以避免高速旋轉和振動引起的磨損；潤滑性能好，與換向器或集電環(huán)平滑地接觸；電阻系數(shù)小，換向性能好；不產生火花或噪聲，盡量延長使用壽命等。
[0003]電刷按原材料的不同可分為炭質電刷和金屬電刷兩大類；炭質電刷以炭黑、石墨或焦炭等一般性炭素材料為主要原材料，金屬基電刷以銅粉和石墨為主要原材料，一般稱為金屬石墨電刷或金屬電刷。
[0004]炭電刷和炭石墨電刷是以瀝青焦和炭黑為主要原料，并配以石墨制造而成，由于這種電刷不經過石墨化，所以潤滑性差，需要添加石墨予以彌補；其中，石墨配比少的叫炭電刷，石墨配比多的叫炭石墨電刷，它們的硬度比較高，密度比較大，但因摩擦系數(shù)大而不適用于高速電機，只在礦山，乳機和起重機用的舊型號直流電動機上使用；目前這種電刷用得并不多。
[0005]電化石墨電刷經過稱之為石墨化的高溫熱處理過程后，摩擦系數(shù)低，耐磨性能好，對于各種用途都顯示出極其優(yōu)良的性能，最近在遠途高速電力機車上采用取得了明顯的效果；炭黑基電化石墨電刷以石墨為主要原料，它的電阻系數(shù)高，接觸電壓降大，換向特性好，適用范圍非常廣，可用于直流電動機、發(fā)電機以及中、高電壓電動機等；焦炭基電化石墨電刷以石油焦或瀝青焦為主要原料，它的電阻系數(shù)適中，接觸電壓降不大，適用于轉速較低的直流電機；石墨基電化石墨電刷以天然石墨或人造石墨為主要原料，它的電阻系數(shù)在電化石墨電刷中最低，而滑動特性最好，適用于低速直流電機及交流電機的集電環(huán)。
[0006]根據(jù)資料檢索，中國專利CN 103812291 A 是采用(W，Cr) 23C6、Cr3C2、Cr5Si3、Fe3C，將上述相按照常規(guī)的擠壓鑄造工藝制備一種電機電刷；中國專利CN 103811960A采用碳、硅、鉻、鐵和鎳通過常規(guī)的攪拌鑄造工藝制的耐磨性電機電刷；中國專利CN102280790 A公開了一種家用小電器用電機電刷的制備方法，采用天然晶體石墨、人造石墨、銅粉、炭黑作為主要材料，并配以潤滑劑、添加劑、粘接劑經混合、成型和焙燒而成；中國發(fā)明專利CN 103682925 A公開了一種由中間相炭微球和鍍銅炭纖維組成的混合物，經焙燒和壓制成型制得。
[0007]以上電刷雖然在各類電機中有所應用，但是，其都是通過不同成分導電粉末顆粒壓制成型，然后通過焙燒制得，雖然具有良好的導電性能，但是其整體機械強度不高、耐磨性能較差，嚴重影響著電刷在電機中的使用壽命。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種工藝簡單、致密效果好、機械強度高、導電性能好、抗摩擦磨損且具有自潤滑性能的使用性能優(yōu)異的電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
步驟一:采用炭纖維針刺體或炭纖維編織體作為預制體材料，預制體密度控制在0.15g/cm3-0.85g/cm3。
[0010]步驟二:將步驟一中采用的預制體進行化學氣相沉積致密，采用丙烯或天然氣作為碳源氣體，氣體流量為0.5m3/h-5.0m3A,當預制體密度彡1.20g/cm3時轉入下道致密工序。
[0011]步驟三:將樹脂與石墨粉、銅粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量為0.5wt%-20wt %，銅粉含量為0.1 wt%-20 wt %，余量為樹脂，攪拌均勾。
[0012]步驟四:將步驟三中樹脂與石墨粉、銅粉混合物浸漬于步驟二致密后的預制體內，并進行固化、炭化處理，在壓力為1.0MPa-5.0MPa下進行浸漬2h_10h后，然后在固化爐內固化處理，出爐后轉炭化爐炭化處理，反復浸漬、固化、炭化處理數(shù)次，直至預制體密度彡1.70g/cm3時轉入下道致密工序。
[0013]步驟五:將步驟四致密后的預制體轉高溫石墨化爐內進行高溫石墨化處理，在升溫速率為5°C /h-200°C /h的條件下升溫至1600°C _2500°C，然后保溫2h_4h進行高溫石墨化處理，自然冷卻。
[0014]步驟六:將步驟五高溫石墨化處理后的制品再次進行樹脂與石墨粉、銅粉混合物浸漬、固化、炭化處理，在壓力為1.0MPa-5.0MPa下進行浸漬2h_10h后，然后在固化爐內固化處理，出爐后轉炭化爐炭化處理。
[0015]步驟七:將步驟六出爐的制品經過機械加工后，制得電機用炭/炭-石墨/銅電刷。
[0016]上述的一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法，步驟一中所述的炭纖維針刺體包括PAN基1K-24K炭布(包括平紋布、斜紋布和緞紋布)與PAN基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預制體、PAN基無瑋布與PAN基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預制體、PAN基全短纖維網(wǎng)胎鋪層針刺預制體、粘膠基1K-24K炭布(包括平紋布、斜紋布和緞紋布)與粘膠基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預制體、粘膠基無瑋布與粘膠基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預制體、粘膠基全短纖維網(wǎng)胎鋪層針刺預制體、瀝青基1K-24K炭布(包括平紋布、斜紋布和緞紋布)與瀝青基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預制體、瀝青基無瑋布與瀝青基短纖維網(wǎng)胎交替鋪層針刺預制體和瀝青基全短纖維網(wǎng)胎鋪層針刺預制體。
[0017]上述的一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法，步驟一中所述的炭纖維編織體包括炭纖維(PAN基、粘膠基和瀝青基)3-9向編織預制體，(PAN基、粘膠基和瀝青基)炭布穿刺預制體。
[0018]上述的一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法，步驟二中所述的化學氣相沉積致密工藝，升溫速率為5°C /h-200°C /h,沉積溫度為840°C -1200°C，沉積時間為50h-300ho
[0019]上述的一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法，步驟三中所述的樹脂包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和糠酮樹脂。
[0020]上述的一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法，步驟四中所述的固化溫度為 140°C -240°C，炭化溫度為 700°C -1200°C。
[0021]上述的一種電機用炭/炭-石墨/銅電刷的制備方法，步驟六中所述的固化溫度為 140°C -240°C，炭化溫度為 700°C -1200°C。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
1、與傳統(tǒng)電機電刷的制備技術相比，本發(fā)明采用炭纖維作為骨架，熱解炭基體、樹脂炭基體、石墨粉和銅粉作為增強體的炭/炭-石墨/銅復合材料電刷，具有優(yōu)異的力學性能，其壓縮強度彡350MPa，彎曲強度彡260MPa，剪切強度彡lOOMPa，沖擊韌性彡2.5J/cm2，低的電阻率，電阻率彡12.0 μ Ω.πι，潤滑性能好，通電磨損時，摩擦系數(shù)彡0.18。
[0023]2、本發(fā)明步驟三中，采用將銅粉和石墨粉與樹脂混合浸漬、固化/炭化的致密技術，利用銅的高導電性能，加入銅粉更進一步的降低電刷材料的電阻率，銅粉在電刷材料中的分布均勻，因此，其銅粉加入到樹脂中，以樹脂作為載體滲入預制體孔隙內，經過固化、炭化工藝后，均勻填充于預