专利名称：高速铁路受电弓炭基滑板材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高速铁路受电弓滑板材料及其制备方法，尤其是一种用于铜导线受电的闻速铁路受:电弓炭基滑板材料及其制备方法。
技术背景现代轨道交通所涉及的受电弓或受电靴与接触电网导线或导电轨相互摩擦受流，为电力机车的动力部件，受流摩擦材料质量的优劣对电力机车的稳定、安全和可靠运输有重要的影响。
受电弓滑板材料与接触电网导线相互摩擦受流，出于保护导线的原因，要求受电弓滑板材料对导线的磨损和受电阻力要小，基于此来寻求和研究各种受电弓滑板材料，以适应现代轨道交通的需要。
现有的受电弓滑板的材料主要是粉末冶金材料和炭质材料。粉末冶金滑板主要分为铁基滑板和铜基滑板两种。铁基滑板适用于钢铝导线，铜基滑板适用于铜导线。粉末冶金滑板是以金属铁和铜粉末为基本成分，添加一些润滑成分如炭、铅和二硫化钥等硫化物， 通过机械混合使各种成分均匀分布后，利用液压机将混料模压成型，后将毛坯高温烧结，最后浸入润滑油制得。由于粉末冶金滑板材料是金属体，和导线 材质相近，而且导线是静态， 滑板是动态，所以粉末冶金滑板对导线磨耗较大，而且在使用中易产生电弧。
炭滑板本身具有很好的润滑性，自润滑性能和减摩性能好，对导线的磨损较小，滑动时电磁噪声小，且耐高温，不易和导线发生焊附现象。炭滑板与铜接触导线摩擦时在导线上形成一层炭膜，大大改善了导线的磨耗状况。但是炭滑板机械强度低，耐冲击性差，特别是雨季和潮湿地区，易出现局部拉沟，常出现弓网事故。另外，炭滑板固有电阻大、集电容量小、接触温度高，有可能引起导线过热氧化，烧成连续麻坑，加速导线磨耗，且自身磨损较严重。国外较为先进的炭滑板经过特殊的石墨化工艺处理，断裂敏感度降低，抗冲击性增强， 但这类产品生产成本较高，价格昂贵，作为易损件不适于一般应用。
从理论上讲，浸金属炭滑板是目前最为理想的铜导电区段滑板，分为整体式和组装式两类，既具有粉末冶金滑板机械强度高、电阻率小的特点，又具有纯炭滑板对导线磨耗小、在导线摩擦表面易形成润滑膜和熄弧性强的优良性能，改善了纯炭滑板机械强度低的问题。经每万弓次统计，浸金属炭滑板对铜导线的磨耗比炭滑板的高10% 20%，仅为粉末冶金滑板的1/6 1/4 ;滑板自身磨耗量是粉末冶金滑板的2. 2倍，是纯炭滑板的1/4 1/3。但其存在很多缺陷，抗冲击力不足，易出现掉块现象，使用过程中需要通过整形来保证滑板的表面平行性，制备工艺复杂，价格过高，生产和维护成本都较高，而且对铜接触网导线的磨损比纯炭滑板严重的多，给机务段造成了一定的经济负担，因此该类滑板在应用上也受到一定限制。
综上所述，上述现有技术中，粉末冶金滑板对铜接触网导线的磨损十分严重，而且在使用中易产生电弧；浸溃金属炭滑板制备工艺复杂，生产和维护成本都较高，而且对铜接触网导线的磨损比纯炭滑板严重的多；纯炭滑板具有自润滑性能，虽然对导线磨耗较低，但是自身磨损较严重，且其固有电阻较大。
为了解决上述受电弓滑板材料在使用方面的不足，相继进行了一些改进，如公开号为CN1468891A公开了“一种电力机车受电弓用碳纤维增强碳滑板”。该滑板以石墨、电解铜粉/铜纤维为导电填料、碳纤维为增强材料、耐高温新型改性酚醛树脂为粘合剂，经热压成型制成电力机车受电弓用碳滑板，本发明的碳滑板具有优良的摩擦性能，不仅耐磨、使用寿命长，而且对接触网导线的磨损极小，但是碳纤维和铜纤维价格昂贵，且纤维与石墨粉、 电解铜粉结合强度较低，机械性能较差。
公开号为CN1719549A公开了 “一种混杂纤维增强复合材料受电弓滑板”。该滑板以金属网和混杂纤维增强复合材料为基材并使之相互层间分布，其中混杂纤维增强复合材料以酚醛树脂为基体，以混杂纤维为增强剂，以橡胶、石墨、铜粉、硫酸钡、二氧化硅中的至少三种作为摩擦性能调节剂，将这些原料充分混合后，与金属网一起进行热压成型，制得混杂纤维增强复合材料受电弓滑板。该滑板虽具有高的力学性能和优良的耐磨特性，但是原料成本较高，且对导线磨耗较严重。
目前国内针对受流摩擦材料具有较低的摩擦磨损性能和良好的导电性能的研究报道甚少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在现有技术的基础上，进一步改进和提高受电弓滑板材料的导电性能和摩擦性能，目的是提供一种高速铁路受电弓炭基滑板材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明所提供的一种高速铁路受电弓炭基滑板材料的组成及其含量按质量百分比为石墨10 30 wt%，焦炭粉40 60 wt%，热固性酚醛树脂15 25 wt%,氧化招2 8 wt%,玻璃粉I 5 wt%0
进一步地，按质量百分比选择炭基滑板材料的组成及其含量为石墨20 wt%，焦炭粉50 wt%，热固性酚醛树脂20 wt%，氧化铝6 wt%，玻璃粉4 wt%0
进一步地，本发明还提供了一种用于上述高速铁路受电弓炭基滑板材料的制备方法，其所述方法是以石墨和焦炭粉构成基体，其含量占总组分质量百分比分别为10 30 被％和40 60 wt% ;以热固性酚醛树脂为粘结剂，在总组分中所占的质量百分比为15 25 wt% ;以氧化铝和玻璃粉的混合物作为摩擦改性剂，在总组分中所占的质量百分比分别为2 8 wt%和I 5 wt%,将上述物料在球磨机中进行球磨混合；其次是在预热温度为 60 80 °C进行预热处理，保温2 4 h ;然后在压力为150 250 MPa，温度为180 250 °C下进行热压固化成型，并在该温度下保压2 10 h ;最后在氮气气氛中炭基体表面电火花镀铜I 5h，在等离子真空烧结设备中进行烧结处理，处理温度为800 1000 °C，烧结气氛为氩气，保温I 5 h后，获得具有表面改性层的炭基滑板材料。
进一步地,上述闻速铁路受:电弓炭基滑板材料的制备方法中，所述的石墨和焦炭粉的粒度选择120 180目；所述的摩擦改性剂为氧化铝和玻璃粉的粒度选择150 200 目。
实现本发明所提供的一种高速铁路受电弓炭基滑板材料的制备方法，与现有技术相比，其优点与积极效果在于通过本发明方法制备的表面渗铜炭基滑板材料在炭基体内形成连续均匀的铜导电网络，石墨基体具有减摩作用，对接触网导线的磨损很小，该滑板材CN 102923008 A书明说3/4页料兼有纯炭滑板优良的润滑特性和纯金属滑板良好的导电性。此外，还具有成本低、耗能少、制备工艺简单、生产周期短等优点，满足现代高速铁路电力机车受电弓滑板的要求。
图I是本发明高速铁路受电弓滑板用炭基复合材料的制备工艺流程图。
图2是本发明炭基滑板材料试样I的金相照片。
图3是本发明炭基滑板材料试样2的金相照片。
图4是本发明炭基滑板材料试样I的摩擦曲线图。
图5是本发明炭基滑板材料试样2的摩擦曲线图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式
作出说明。
实施本发明一种高速铁路受电弓用炭基滑板材料的制备方法，其所述方法是按下列步骤进行的(O混料按炭基滑板材料的组成及其含量的质量百分比，先将120 180目的10 30 wt%的石墨和40 60 wt%的焦炭粉进行充分混合，再添加15 25 wt%的粘结剂为热固性酚醛树脂，120 180目的2 8 wt%氧化铝和I 5 wt%玻璃粉为摩擦改性剂，并置于球磨机中再次球磨，搅拌混合，球磨时间为5 15 h，制成模压粉料。
(2)预热将模压粉料置于真空干燥箱中预热至60 80 °C，保温2 4 h。
(3)热压成型将模压粉料置入模具中，在热压成型机上加热加压，使树脂固化成型；压制压力为150 250 MPa,固化温度为180 250 °C，并在该温度下保压2 10 h。
(4)表面镀铜在氮气气氛中，采用表面强化处理器在炭基体表面镀铜，镀铜时间 I 5 h0
(5)烧结对上述步骤(4)所制备的试样进行烧结处理，处理温度为800 1000 °C,烧结气氛为IS气,保温时间为I 5 h。
即制得本发明所述的一种高速铁路受电弓用炭基滑板材料。
基于上述本发明所实施的一种高速铁路受电弓用炭基滑板材料的制备方法，进一步按质量百分比选择炭基滑板材料的组成及其含量为石墨20 wt%,焦炭粉50 wt%,热固性酹醒树脂20 wt%,氧化招6 wt%和玻璃粉4 wt%,进行实施,会取得明显的积极效果。
下面结合附图表对本发明的具体实施方式
作出进一步的说明。
实施例I受电弓滑板炭基复合材料中采用130目石墨15 wt%, 120目的焦炭粉55 wt%，热固性酚醛树脂20 wt%, 150目的氧化铝8 wt %, 160目的玻璃粉2 wt%，采用干态混合的方法，球磨15 h后，预热至80 °C，保温3 h;在200 MPa压力下，180 °C温度下热压4 h ;在氮气气氛中，电压为70 V下，采用表面强化处理器在炭基体表面镀铜，镀铜时间为5 h;在氩气气氛中，800 °C下烧结2 h，制成含有表面改性层的炭基受流摩擦材料试样I。其金相照片如图2所示，摩擦性能曲线如图4所示，表面改性层基本性能如下表I所示。
表II试样11试样2权利要求
1.一种高速铁路受电弓用炭基滑板材料，其所述炭基滑板材料的组成及其含量按质量百分比为石墨10 30 wt%，焦炭粉40 60 wt%，热固性酚醛树脂15 25 wt%，氧化铝2 8 wt%,玻璃粉I 5 wt%0
2.如权利要求I所述的高速铁路受电弓用炭基滑板材料，其所述炭基滑板材料的组成及其含量按质量百分比为石墨20 wt%，焦炭粉50 wt%，热固性酚醛树脂20 wt%，氧化铝6wt%,玻璃粉4 wt%0
3.一种用于如权利要求I或2所述的高速铁路受电弓用炭基滑板材料的制备方法，其所述方法是以石墨和焦炭粉构成基体，其含量占总组分质量百分比分别为10 30被％和40 60 wt% ;以热固性酚醛树脂为粘结剂，在总组分中所占的质量百分比为15 25 wt% ；以氧化铝和玻璃粉的混合物作为摩擦改性剂，在总组分中所占的质量百分比分别为2 8被％和I 5 wt%，将上述物料在球磨机中进行球磨混合；其次是在预热温度为60 80 0C进行预热处理，保温2 4 h ;然后在压力为150 250 MPa，温度为180 250 1下进行热压固化成型，并在该温度下保压2 10 h ;最后在氮气气氛中炭基体表面电火花镀铜I 5h，在等离子真空烧结设备中进行烧结处理，处理温度为800 1000 °C，烧结气氛为氩气，保温I 5 h后，获得具有表面改性层的炭基滑板材料。
4.如权利要求3所述的高速铁路受电弓用炭基滑板材料的制备方法，其所述石墨和焦炭粉的粒度选择为120 180目。
5.如权利要求3所述的高速铁路受电弓用炭基滑板材料的制备方法，其所述摩擦改性剂为氧化铝和玻璃粉的粒度选择为150 200目。
全文摘要
一种高速铁路受电弓炭基滑板材料及其制备方法，其所述炭基滑板材料是由石墨、焦炭粉、热固性酚醛树脂、氧化铝和玻璃粉构成，其所述方法是由石墨和焦炭粉构成基体，以热固性酚醛树脂为粘结剂，以氧化铝和玻璃粉的混合物为摩擦改性剂，将上述物料在干基状态下进行混合，热压成型，后在氮气气氛中炭基体表面电火花镀铜，在等离子真空烧结设备中高温扩散，即获得具有表面改性层的炭基滑板材料。本发明具有纯炭滑板优良的润滑性和纯金属滑板良好的导电性，而且成本低、耗能少、制备工艺简单、生产周期短，适用于制备高速铁路电力机车受电弓滑板。
文档编号C04B35/63GK102923008SQ20121043756
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者杨慧君, 乔珺威, 唐宾, 王恒朋, 种海宁 申请人:太原理工大学