一种直接成型的泡沫铜碳基体复合材料电靴生产方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，具体为一种直接成型的泡沫铜碳基体复合材料电靴生产方法。


背景技术：

2.随着轨道交通的快速发展，铁路部门对受电弓滑板的需求量也越来越大，而我国的大部分受电弓滑板都依赖与进口。如何实现受电弓滑板的国产化，成为目前亟待解决的问题。作为轨道交通的集电材料，在列车高速运行时，受电弓滑板不仅兼顾着电力从导电网到列车的传输，还是一种典型的摩擦材料。因此，为了保证列车运行平稳、安全，对受电弓滑板的物理性能有着很高的要求。而国产碳滑板在抗折和强度上，还远不及达到使用要求。其中最关键的部分是没有成熟的成型设备，大部分生产厂家依靠改进的挤出机生产电靴时，不仅没有对模嘴曲线、挤出力进行理论验证，而且挤出后的纯碳电靴也存在着大量的孔隙。
3.目前，为了解决纯碳电靴物理性能的不足。在公开文件cn201911153808.2 中，公开了一种碳纤维增强受电弓纯碳碳滑条材料的制备方法，采用非金属导电材料碳纤维增强与改质煤沥青作为材料的导电介质，其导电性有所提高；利用碳纤维增强制备的碳滑条材料结构稳定，理化性能强、安全性能好；增强纯碳碳滑板材料的电阻率、机械强度等；采用所述工艺所制备的材料较为简单，利于大批量生产，原材料为市场广泛材料，成本低；利用本发明专利所制备的碳滑条材料完全满足或而优于《交流传动机车受电弓碳滑板技术条件》，耐大工频和冲击电流冲击，电阻稳定；耐腐蚀、无毒环保、使用寿命长、成本低。
4.但是，碳纤维和碳基体复合材料的不浸润性是无法改变的技术难点，而且碳纤维本身就是比较难分散、易团聚，但是公开文件中并没有提到如何对碳纤维的分散技术。不仅如此，高弹性模量的碳纤维，在成型后的焙烧时，碳纤维会释放大量的内应力，这使得碳纤维和碳基体的接触面就产生壁隙，容易发生裂纹的扩展。
5.在公开文件cn201510018265.9中，公开了一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗的方法，步骤为：第一步，将多孔碳条置于第一石墨舟中；第二步，使用的铜基体为铜合金，添加元素为添加cr或ti，将铜合金块放置于第二石墨舟中；第三步，对石墨舟所处的系统进行抽真空，达到既定真空度后开始加热；升至既定温度后，旋转炉体将铜合金浇入多孔碳条所在第一石墨舟，迅速加压，完成压力浸渗过程；第四步，冷却后，旋转炉体，将多余铜合金倒回第二石墨舟；取出浸金属碳滑板。
6.但是，通过炉体旋转进行浇注，这种方法在高温高压下不仅危险，还存在不可控性。浸渍铜合金不仅需要对合金进行加热融化，还必须施加较大的压力促使铜合金进入碳基体中，此压力甚至需要500mpa以上，同时该技术方案中还对炉体进行旋转，这在实际生产中根本无法实现，更无法满足连续的工业生产，因此，该方法危险性高，可实现性难。而且熔融的铜合金即使在 1000℃的温度下，它和碳的润湿角仍然高达140
°
，不仅无法满足对开放孔隙的浸渍，更无法对闭孔进行浸渍。


技术实现要素：

7.(一)解决的技术问题
8.针对现有技术的不足，本发明提供了一种直接成型的泡沫铜碳基体复合材料电靴生产方法，解决了上述背景技术中所存在的问题。
9.(二)技术方案
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直接成型的泡沫铜碳基体复合材料电靴生产方法，包括以下步骤：
11.s1、采用15ppi，孔隙率95％的泡沫铜；
12.s2、在90℃，1.0mpa真空下，使用酚醛树脂对泡沫铜进行真空浸渍；
13.s3、固化：在室温-40℃下固化1h，在40-80℃下固化3h，在80-100℃下固化2h，在100-120℃下固化2h，在120-130℃下固化2h，然后在130℃下保温1h后，自然降温后取料；
14.s4、碳化：在室温-100℃下碳化2h，在100-350℃下碳化10h，在350-500℃下碳化10h，在500-800℃下碳化5h；
15.s5、将石墨、微米级炭黑、沥青焦、硬脂酸和氧化铁混合均匀后进行混捏、包覆，混捏、包覆温度视黏结剂沥青的软化点120℃，混捏、包覆时间 100min，然后破碎成100目粉末；
16.s6、从上到下依次放置100目粉末、积碳泡沫铜、100目粉末，加热至 180℃，在5mpa的压力下预压5min，然后在30mpa的压力下压制，并保压20min 后，得到成品。
17.优选的，所述步骤s2中，使用的酚醛树脂为经过稀释剂稀释后的酚醛树脂，酚醛树脂∶稀释剂＝100∶20。
18.优选的，所述步骤s2的具体过程为：
19.前期准备：先用气枪对工件表面清理；酚醛树脂粘度为200mpa*s，加热使用时的粘度为150mpa*s；
20.浸渍：先在150℃的预热箱中对工件预热1h，酚醛预热至50℃并预热0.5h，浸渍罐体预热50℃后降至45℃；然后将工件放入到浸渍罐内，并抽真空至
ꢀ‑
0.1mpa并持续1.5h，此过程真空泵持续工作，浸渍罐体保持加热温度45℃；在真空泵不关闭的情况下，打开专门的吸树脂的阀门，并将预热后的树脂吸入，然后继续抽真空1h；然后关闭抽真空的阀门，打开充气阀，正压0.65mpa 并持续1h，并在气源气压的条件下保压0.5h。
21.优选的，所述步骤s5中，石墨为200目，沥青焦为80-300目。
22.(三)有益效果
23.本发明提供了一种直接成型的泡沫铜碳基体复合材料电靴生产方法，具备以下有益效果：
24.本发明中的泡沫铜-碳/碳复合材料的性能均优于纯碳材料，因为含有三维空间的网状结构，这使得泡沫铜-碳/碳复合材料在发生冲击时可以承担大量的能量，还可以起到拉拔和钉扎作用，防止裂纹扩展；同时，泡沫铜-碳/ 碳复合材料还具有优异的摩擦磨损性能，不仅起到导电网络，将电流平稳的过渡到轨道列车上，而且在高温摩擦下，发生较大塑性变形和一定熔融状态的铜，可以进入到碳基体孔隙中，起到增强基体的作用，因此，摩擦性能优异。
附图说明
25.图1为本发明的工艺流程示意图；
26.图2为本发明中复合材料的压制示意图；
27.图3为本发明中复合材料的局部放大示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：一种直接成型的泡沫铜碳基体复合材料电靴生产方法，包括以下步骤：
30.s1、采用15ppi，孔隙率95％的泡沫铜；
31.s2、在90℃，1.0mpa真空下，使用酚醛树脂对泡沫铜进行真空浸渍，其中酚醛树脂为经过稀释剂稀释后的酚醛树脂，酚醛树脂∶稀释剂＝100∶20，具体浸渍过程为：
32.前期准备：先用气枪对工件表面清理；酚醛树脂粘度为200mpa*s，加热使用时的粘度为150mpa*s；
33.浸渍：先在150℃的预热箱中对工件预热1h，酚醛预热至50℃并预热0.5h，浸渍罐体预热50℃后降至45℃；然后将工件放入到浸渍罐内，并抽真空至
ꢀ‑
0.1mpa并持续1.5h，此过程真空泵持续工作，浸渍罐体保持加热温度45℃；在真空泵不关闭的情况下，打开专门的吸树脂的阀门，并将预热后的树脂吸入，然后继续抽真空1h；然后关闭抽真空的阀门，打开充气阀，正压0.65mpa 并持续1h，并在气源气压的条件下保压0.5h；
34.s3、固化：在室温-40℃下固化1h，在40-80℃下固化3h，在80-100℃下固化2h，在100-120℃下固化2h，在120-130℃下固化2h，然后在130℃下保温1h后，自然降温后取料；
35.s4、碳化：在室温-100℃下碳化2h，在100-350℃下碳化10h，在350-500℃下碳化10h，在500-800℃下碳化5h；
36.s5、将200目石墨、微米级炭黑、80-300目沥青焦、硬脂酸和氧化铁混合均匀后进行混捏、包覆，混捏、包覆温度视黏结剂沥青的软化点120℃，混捏、包覆时间100min，然后破碎成100目粉末；
37.s6、从上到下依次放置100目粉末、积碳泡沫铜、100目粉末，加热至 180℃，在5mpa的压力下预压5min，然后在30mpa的压力下压制，并保压20min 后，得到成品，成品与纯碳的比较结果如下表：
[0038][0039]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0040]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。