铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用与流程

本发明涉及轨道交通行业中轨道电接触材料
技术领域：
，具体涉及一种铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用。
背景技术：
：轨道交通行业中使用最多的电接触材料是碳复合材料，碳材料一般存在力学性能不足的问题，如抗冲击性能及硬度低等。为解决这个问题，一般的方法是通过将碳及铜复合在一起，例如可以采用金属粉末压制成型或者碳基体浸渗成型。其中，采用金属粉末压制成型制备粉末冶金滑板，其制备工艺是在金属粉末内加入少量的天然石墨，再在高温高压下烧结成粉末冶金滑板，而碳滑板则是以焦炭、天然石墨为主体颗粒，以沥青为粘结剂，再加入一定量的补强材料，先混捏成混合物，再按一定压力压制成碳块，然后选择一定的焙烧方式进行高温焙烧，焙烧后的碳块放入浸渗罐中浸入铜合金。粉末冶金滑板是一种运用较为成熟的电接触材料，在力学性能方面具有较为明显的优势，其抗折强度高、抗冲击性能好、导电性能好等，但也存在摩擦系数大，对接触线的磨损程度大。粉末冶金滑板磨损程度大的缺点导致其应用领域逐渐减小，逐渐被碳滑块所取代。现阶段碳滑板的使用较为广泛，主要是因为其摩擦系数低、对接触线的磨损程度小、价格低廉等，但碳滑板的力学性能相对于粉末冶金滑板的力学性能差，需要对其力学性能进行提高。提高碳滑板的一般的方法是在碳滑板内浸渗铜液。在浸渗铜液时，铜液对碳的润湿性较差，这降低了界面接触的强度。cn104774012a公开了一种电力机车受电弓浸铜碳滑板的生产方法，其中，步骤如下：1)复合碳滑板的制备：1.1)按如下质量份备料：沥青焦粉60-80份，石墨粉12-16份，硅化石墨粉10-15份，高温沥青30-35份；1.2)具体制备：按配比将沥青焦粉和石墨粉放入混捏锅内，冷混20-120分钟，然后加入添加剂硅化石墨粉，继续混合40-60分钟，再加入溶化后的高温沥青，在160-180℃的温度条件下混合1-6小时，停止加热，冷却再磨粉，粒度为250-350目；将磨成250-350目的混合粉体在油压机上预压成一阶段料柱，将一阶段料柱在120-140℃条件下放入烘箱内固化8-9小时，将经过固化的一阶断料柱放入挤压机内，挤出需要规格的复合碳滑板毛坯；将复合碳滑板毛坯放入窑炉中焙烧，出炉即得复合碳滑板；2)复合碳滑板浸铜：将复合碳滑板用清水洗干净，放入烘箱中烘3-5个小时，冷却后将其装入耐高温石墨坩埚内并置于1300-1400℃电炉里预热2-3小时；再将1300-1500℃熔化的过量铜液倒入上述坩埚中以将复合碳滑板浸没，再将坩埚置于油压机中罩内，盖上中罩盖子，以免碳滑板浮出铜液面，然后通入氮气加压，达到180-250kg/cm2，并在该压强下保温3-5分钟使铜液在压力下渗透进入碳滑板孔隙中，泄压后将碳滑板从铜液中取出，冷却即得电力机车受电弓浸铜碳滑板。cn106146020a公开了一种碳纤维增强受电弓碳滑板碳条，其通过如下方法制备而成：将受电弓碳滑板碳条原料和造孔剂混合均匀，制得混合料；对所述混合料进行压制处理，制得含有造孔剂的碳滑板碳条初坯；通过对所述碳滑板碳条初坯进行焙烧处理，烧掉所述碳滑板碳条初坯中的造孔剂，在所述碳滑板碳条中形成均匀分布的孔隙，从而得到具有孔隙结构的碳滑板碳条；对所述具有孔隙结构的碳滑板碳条进行金属浸渍处理，制得具有均匀分布的金属的碳滑板碳条。传统的浸铜碳滑块存在着力学性能无法满足高速状态下电接触的性能要求，主要是在高速状态下对浸铜碳滑板的力学性能以及载流摩擦性能要求增高。因此，如何制备力学性能及电性能优良的碳滑板还有待于进一步研究和开发。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术中传统的浸铜碳滑块存在着力学性能以及载流摩擦性能满足不了电接触的要求，而提供的一种铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用。本发明的铜铁碳复合滑板的力学及抗磨损性能和载流摩擦性能均得到了提高，并且电阻率下降，能够满足高速状态下电接触的性能要求。为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种铜铁碳复合滑板，所述铜铁碳复合滑板含有铜和碳，其中，所述铜铁碳复合滑板还含有铁的硫化物、碳化铁和碳化硅；其中，所述铁的硫化物包括硫化铁和硫化亚铁，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4-3.4重量％，碳化铁的含量为6.2-8.9重量％，碳化硅的含量为3-5重量％。本发明第二方面提供了一种铜铁碳复合滑板的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将含碳基体、纳米铁粉、聚丙烯腈纤维和粘结剂混捏得到高温混捏料；(2)将所述高温混捏料与升华硫进行低温混捏并压制得到滑板前体；(3)将所述滑板前体进行焙烧处理得到碳化铁和铁的硫化物；(4)将所述碳化铁和铁的硫化物浸渍于铜液中；其中，所述铁的硫化物包括硫化亚铁和硫化铁，以及所述含碳基体为硅化沥青焦和石墨。本发明第三方面提供了一种由前述所述的方法制备得到的铜铁碳复合滑板。本发明第四方面提供了一种前述所述的铜铁碳复合滑板或者由前述所述的方法制备得到的铜铁碳复合滑板在轨道中的应用。通过上述技术方案，本发明中通过在含碳基体中加入纳米铁粉及聚丙烯腈纤维来强化含碳基体，一方面，纳米铁粉在高温下与粘结剂焦合金化，形成强度高于碳的碳化铁，将粘结剂焦合金化，能够显著提高颗粒之间的粘结强度，也有利于电子在颗粒之间的传递，体现在整个铜铁碳滑板的性能是肖式硬度、抗折强度与抗压强度提高、电阻率下降，纳米铁粉也会和升华硫反应生成高强度耐磨材料铁的硫化物；另一方面，聚丙烯腈纤维可作为碳纤维的前驱体，克服了碳纤维分散困难，与含碳基体粘结性能差的问题，在烧制后形成纤维强化结构，有利于力的分布及阻止裂纹的扩展，提高了铜铁碳复合滑板的力学性能及抗磨损性能；以及对于铜液难于润湿碳表面的问题，本发明中的铜液中含有钛及铬，其对石墨的浸润性好，显著提高了浸润性。附图说明图1是根据本发明的实施例1制备得到的铜铁碳复合滑板sem图；图2是根据本发明的对比例1制备得到的铜碳复合滑板sem图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本发明第一方面提供了一种铜铁碳复合滑板，所述铜铁碳复合滑板含有铜和碳，其中，所述铜铁碳复合滑板还含有铁的硫化物、碳化铁和碳化硅；其中，所述铁的硫化物包括硫化铁和硫化亚铁，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4-3.4重量％，碳化铁的含量为6.2-8.9重量％，碳化硅的含量为3-5重量％。优选情况下，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-0.8重量％，硫化亚铁的含量为3.1-3.4重量％，碳化铁的含量为7.7-8.9重量％，碳化硅的含量为3.2-4.5重量％。根据本发明，硫化铁、硫化亚铁、碳化铁以及碳化硅具有高强度，能够提高碳滑板的强度，其中，硫化铁或硫化亚铁为升华硫与纳米铁粉反应的产物。通常，硫磺在高温下气化变成气体，称为升华。如果气化的硫未及燃烧就被带走，在燃点温度(约250℃)以下就不能继续燃烧，冷却时就复凝结成固体，即含硫(s)不得少于98.0％，称为升华硫。根据本发明，所述铜铁碳复合滑板还含有铬和钛，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，铬的含量可以为0.7-0.9重量％，钛的含量可以为0.42-0.54重量％；优选情况下，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，铬的含量为0.75％-0.85％重量％，钛的含量为0.45％-0.51％重量％。在制备过程中，铜液中含有单质钛及单质铬，其对石墨的浸润性好，显著提高了浸润性，可以解决铜液难于润湿碳表面的问题，显著改善铜铁碳复合滑板的气孔隙率，体积密度，电阻率以及平均孔径。根据本发明，尽管将该铜铁碳复合滑板中的各个元素以及元素含量控制在上述范围就能够获得优良的力学性能以及载流摩擦性能，就能够满足高速状态下电接触的性能要求，但是，优选情况下，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，铜的含量为12.88-16.56重量％，碳的含量为66-74重量％；更优选情况下，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，铜的含量为13.8-15.64重量％，碳的含量为66-71.1重量％时，效果更好。另外，在本发明中，需要说明的是：当以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准时，硫化铁、硫化亚铁、碳化铁、碳化硅、铬、钛、铜和碳的总含量为百分之百，也就是说，在本发明中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4-3.4重量％，碳化铁的含量为6.2-8.9重量％，碳化硅的含量为3-5重量％，铬的含量为0.7-0.9重量％，钛的含量为0.42-0.54重量％，铜的含量为12.88-16.56重量％，碳的含量为66-74重量％，且总含量为百分之百。同理，优选情况下，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-0.8重量％，硫化亚铁的含量为3.1-3.4重量％，碳化铁的含量为7.7-8.9重量％，碳化硅的含量为3.2-4.5重量％，铬的含量为0.75％-0.85％重量％，钛的含量为0.45％-0.51％重量％，铜的含量为13.8-15.64重量％，碳的含量为66-71.1重量％，总含量也为百分之百。另外，需要说明的是，在本发明中，碳的含量指的是总碳含量减去碳化铁及碳化硅中的碳含量，而得到的碳含量，即，以单质碳形式存在的碳的含量。根据本发明，铜铁碳复合滑板的肖式硬度为80hs-110hs，高度磨耗比为2mm-10mm/万机车公里，重量磨耗比为53-83g/万机车公里，电阻率为3-12μω·m，优选地，肖式硬度为95hs-103hs，高度磨耗比为7mm-9mm/万机车公里，重量磨耗比为55-83g/万机车公里，电阻率为4-8μω·m。根据本发明，所述铜铁碳复合滑板的肖式硬度、高度磨耗比以及电阻率为上述所限定的范围值时，能够使本发明的铜铁碳复合滑板的力学及抗磨损性能和载流摩擦性能均得到了提高，并且电阻率下降，能够满足高速状态下电接触的性能要求。根据本发明，铜铁碳复合滑板的真气孔隙率可以为8-15％，体积密度为2.5-2.8g/cm3，内孔隙的平均孔径可以为20-50μm，优选情况下，真气孔隙率为9-12％，体积密度为2.62-2.8g/cm3，内孔隙的平均孔径为25-45μm。其中，在本发明中，真气孔隙率是真密度同体积密度之差与真实体积的比值；以及内孔隙的平均孔径是铜铁碳复合滑板的内部的孔隙的拟合宽度值，内孔隙的平均孔径等于总孔体积除以比表面积再乘以孔的模型系数。根据本发明，所述铜铁碳复合滑板的内孔隙的平均孔径可以为20-50μm时，可以提高铜铁碳复合滑板的肖式硬度和抗压强度和抗折强度，降低电阻率；同时，多个孔径的存在可以作为防裂的缓冲空间，有效阻碍铜铁碳复合滑板上裂纹的产生。本发明的第二方面提供了一种铜铁碳复合滑板的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将含碳基体、纳米铁粉、聚丙烯腈纤维和粘结剂混捏得到高温混捏料；(2)将所述高温混捏料与升华硫进行低温混捏并压制得到滑板前体；(3)将所述滑板前体进行焙烧处理得到碳化铁和铁的硫化物；(4)将所述碳化铁和铁的硫化物浸渍于铜液中；其中，所述铁的硫化物包括硫化亚铁和硫化铁，以及所述含碳基体为硅化沥青焦和石墨。根据本发明，所述粘结剂可以为中温煤沥青，其中，软化点为80℃-90℃；以及以该高温混捏料的总重量为基准，硅化沥青焦的用量可以为15-75重量％，石墨的用量可以为5-15重量％，中温煤沥青的用量可以为10-40重量％，纳米铁粉的用量可以为5-15重量％，聚丙烯腈纤维的用量可以为5-15重量％。在本发明中，将上述的组分以及组分用量控制在上述范围之内，能够使制备的铜铁碳复合滑板的性能优良。根据本发明，以硅化沥青焦和石墨为碳骨架，其中，石墨可以为天然石墨，例如，鳞片石墨，以及石墨的粒径为110-130目，优选为120目。根据本发明，以硅化沥青焦，天然石墨为含碳基体，通过在其中加入纳米铁粉及聚丙烯腈纤维来强化碳基体，一方面，纳米铁粉在高温下与粘结剂焙烧，焙烧后粘结剂层焦化成粘结剂焦，即，焦合金化，形成强度高于碳的碳化铁，将粘结剂焦合金化，能够显著提高颗粒之间的粘结强度，也有利于电子在颗粒之间的传递，体现在整个铜铁碳复合滑板的性能是肖式硬度、抗折强度与抗压强度提高、电阻率下降，纳米铁粉也会和升华硫反应生成高强度耐磨材料铁的硫化物；另一方面，聚丙烯腈纤维可作为碳纤维的前驱体，克服了碳纤维分散困难，与含碳基体粘结性能差的问题，在烧制后形成纤维强化结构，有利于力的分布及阻止裂纹的扩展，提高了铜铁碳复合滑板的力学性能及抗磨损性能。根据本发明，所述硅化沥青焦的粒径可以为250-350目，在本发明中，由于硅化沥青焦表面覆盖的是碳化硅，所以含碳基体材料中含有的是碳化硅，而没有硅单质。根据本发明，石墨的粒径可以为100-140目，优选为110-130目，更优选为120目；纳米铁粉的粒径可以为40-60nm，优选为50nm；聚丙烯腈纤维的长度可以为1cm以下，优选为0.2-0.5cm；升华硫的粒径可以为20-40μm，优选为30μm。根据本发明，采用纳米铁粉其具有弥散强化作用，并且，将纳米铁粉的粒径控制在微米级以下，粒径越小，叠加效果越低，密度越高，强化性越好；另外，能够减少位错主要发生在表面，微米级粒径容易破坏沥青，减少位错。根据本发明，以所述滑板前体的总重量为基准，高温混捏料的用量可以为80-90重量％，所述升华硫的用量可以为10-20重量％。根据本发明，所述铜液中还含有铬和钛，且以铜液的总重量为基准，铬的含量可以为4-6重量％，钛的含量可以为1-3重量％，铜的含量可以为91-95重量％，且总量为百分之百；优选情况下，铬的含量为5重量％，钛的含量为3重量％，铜的含量为92重量％。对于铜液难于润湿碳表面的问题，本发明中的铜液中含有钛和铬，其对石墨的浸润性好，显著提高了浸润性，解决铜液难于润湿碳表面的问题。例如，如果该铜液中不含有钛和铬，则接触角一般可以为140°，而如果铜液中含有钛和铬，则接触角可以为小于90°。根据本发明，在步骤(1)中，所述高温混捏的条件包括：在转速可以为10-30r/min，温度可以为150-170℃的条件下混捏0.5-2h。优选情况下，将硅化沥青焦、鳞片石墨、纳米铁粉和聚丙烯腈纤维加入到混捏机内混捏，然后再加入中温煤沥青接着混捏，最后冷却取出；例如，可以将硅化沥青焦、鳞片石墨、纳米铁粉和聚丙烯腈纤维加入到混捏机内载温度为150-170℃的条件下混捏0.5-1h，然后再加入中温煤沥青接着混捏1h，最后冷却取出。根据本发明，现有技术中使用的基本颗粒一般为焦炭，其较差的颗粒强度直接限制了力学性能的提高，而在本发明中，为了进一步提高力学性能，本发明所采用的硅化沥青焦是将焦炭颗粒进行了硅化处理，使得在其表面形成一层较为致密的碳化硅层，这样既能够克服焦炭颗粒强度不高的问题，又能够改善后续焦炭颗粒与铜液接触角较大的问题。在本发明中，硅化沥青焦是沥青焦经过表面硅化得到的。另外，在本发明中，在使用硅化沥青焦之前先进行煅烧处理，以减少表面存在的有机基团对产品焙烧的影响，同时将硅化沥青焦吸收的水分蒸干。根据本发明，其中，所述煅烧处理的条件包括：温度可以为1200-1300℃，时间可以为5-8h。根据本发明，在步骤(2)中，所述低温混捏的条件包括：可以在转速为30-50r/min，常温条件下混捏50-70min，在本发明中，需要说明的是：“低温混捏”是指将步骤(1)得到的高温混捏料与升华硫即进行了接触，又进行了混捏，也可以理解为“接触并混捏”；另外，由于步骤(2)中的接触混捏是在常温下进行的，因此，该混捏料又可以称为低温混捏料。在本发明中，所述低温混捏料包括步骤(1)得到的高温混捏料以及升华硫，并且，所述高温混捏料与升华硫的用量没有具体限定，可以根据最终得到的含有不同组分的铜铁碳复合滑板来确定，例如，所述高温混捏料与升华硫的重量比可以为9：1或者85：15(化简，即，17：3)等等。根据本发明，该方法还包括将高温混捏后的高温混捏料进行粉碎处理，即，在本发明中，将含碳基体、纳米铁粉、聚丙烯腈纤维和粘结剂高温混捏后得到的高温混捏料进行粉碎，其中，粉碎后的高温混捏料的粒径可以为50-70目，然后与升华硫一起在高速搅拌下再次常温混合，混合后以一定温度、压力、压制速率进行热压成型，然后将其放入焙烧炉中高温烧制，焙烧后，粘结剂层焦化成粘结剂焦，并因含铁及碳纤维而得到了显著强化。将粘结剂焦合金化，能够显著提高颗粒之间的粘结强度，也有利于电子在颗粒之间的传递，体现在整个碳滑板的性能是抗折强度与抗压强度提高、电阻率下降。在本发明中，其中，粉碎后的高温混捏料与与升华硫一起在高速搅拌下在常温混合的具体的条件包括：搅拌速率为30-50r/min，然后，混合后以一定温度、压力、压制速率进行热压成型，最后得到了滑板前体，其中，所述压制的条件包括：取自制模压模具(内槽300mm×62mm×100mm)，将其放入液压机内，添加待压料，控制压制压力在30-50吨范围，常温压制，然后将温度升高到105-115℃之间，加热5min-1小时。然后再以30-50吨力压制，最后冷却到室温，脱模。根据本发明，在步骤(3)中，将所述滑板前体放入焙烧炉中高温烧制，焙烧后，粘结剂层焦化成粘结剂焦，并因含铁及碳纤维而得到了显著强化。通过焙烧后得到了碳化铁和铁的硫化物。其中，所述焙烧的条件包括：先采用粒径为1-3mm的焦碳覆盖所述的滑板前体，然后在升温速率为1-10℃/h的条件下在80-1000℃温度下在气氛炉中进行炭化焙烧处理，在本发明中，优选情况下，为了获得更优良的效果，焙烧可以具体采用表1所示的焙烧温度条件。表1序号温度范围升温速率时间180℃-200℃5℃/h24h2200℃-250℃4.16℃/h12h3250℃-300℃2℃/h25h4300℃-400℃1.3℃/h77h5400℃-500℃2.5℃/h40h6500℃-700℃4℃/h50h7700℃-900℃6.06℃/h33h8900℃-1000℃10℃/h10h91000℃恒温0℃/h20h101000℃-800℃10℃/h20h根据本发明，在步骤(4)中，再将经步骤(3)得到的碳化铁浸入含钛、铬的铜液中，高压压制，铜液流入内部孔隙中，形成最终的铜铁碳复合滑板。其中，所述浸渍的条件包括：加压压力为8-10mpa；加压时间为3-5h；保压时间为8h-10h；温度为1100-1300℃。另外，在本发明中，升华硫(即硫磺)用于造孔，焙烧过程中形成的孔隙能够为铜的浸渍提供气体通道，降低电阻率，提高冲击韧性，避免裂痕的产生。本发明第三方面提供了一种由前述所述的方法制备得到的铜铁碳复合滑板。本发明第四方面提供了一种前述所述的铜铁碳复合滑板或者由前述所述的方法制备得到的铜铁碳复合滑板在轨道中的应用。在以下实施例和对比例中：按照jb/t8133.14-2013标准测试相关试样的体积密度；按照jb/t8133.7-2013标准测试相关试样的抗折强度；按照jb/t8133.8-2013标准测试相关试样的抗压强度；按照tbt1842.2-2002标准测试相关试样的冲击韧性；按照jb/t8133.8-2013标准测试相关试样的电阻率；按照jb/t8133.4-2013标准测试相关试样的肖式硬度；按照tbt1842.2-2002标准测试相关试样的高度磨耗比；按照gb6156-1985标准测试相关试样的真气孔率；按照yb/t118-1997标准测试相关试样的气孔孔径分布。在本发明中沥青焦、纳米铁粉、聚丙烯腈纤维、鳞片石墨以及升华硫均可以通过商购获得，具体的生产厂家如表2所示。表2名称供应商属性单位采购量沥青焦上海友爱冶金有限公司自产(6000元/吨)kg500中温煤沥青邯郸延金贸易有限公司1号国标，软化点80-90℃kg350纳米铁粉清河县汇广金属材料有限公司d50＝50nmkg120鳞片石墨深圳贝特瑞新材料有限公司120目kg240升华硫国药集团药业股份有限公司d50＝30-40umkg70聚丙烯腈纤维江苏海德新材料有限公司长度<1cmkg50实施例1本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板。1、实验原料及设备硅化沥青焦(300目)、鳞片石墨(120目)、中温煤沥青(软化点80-90℃)、纳米铁粉(50nm)、聚丙烯腈纤维(1cm以下)、铜合金(含铬5重量％，钛3重量％)、升华硫(30um)、混捏机、粉碎机、管式气氛炉、液压机、高温浸渗炉、自制模压模具(内槽300mm×62mm×100mm)。2、实验过程首先将硅化沥青焦加入到煅烧炉中，在1200℃下煅烧8h；取一定量硅化沥青焦、鳞片石墨、纳米铁粉和聚丙烯腈纤维加入到混捏机内，控制转速在10r/min，温度设定为160℃，先混合0.5h，然后加入中温煤沥青，接着高温混捏1小时，最后冷却取出；将冷却的混捏料加入到粉碎机内，边破碎边用60目筛网筛分，将筛分好的颗粒料继续投入混捏机，加入一定量升华硫，提高混捏速度到40r/min，混捏1h后取出备用；称其1kg的混捏料加入到自制模具内，用样勺将表面处理平整，再盖上密封盖，放置于液压机上，设置加入温度为110℃，压制压力为50吨力，保持时间5分钟。压制完后冷却，再退模。制备好的焙烧样用粒径范围在2mm的焦炭覆盖，放入气氛炉内按照表2所示的升温程序进行炭化处理。得到的碳化铁的体积密度控制在1.75g/cm3-1.85g/cm3之间。将该碳化铁放入到浸渗炉内，并加入含有铬和钛的铜合金，设置加压压力为10mpa，加压时间为3h，保压时间为8h，加热温度为1100℃。浸渗完后关火冷却，得到了最终的铜铁碳复合滑板，标记为s1。其中，高温混捏的原料组成：硅化沥青焦40重量％、中温煤沥青30重量％、纳米铁粉10重量％、聚丙烯腈纤维10重量％、鳞片石墨10重量％；常温混捏料的组成：高温混捏料90重量％，升华硫10重量％。结果制备得到的铜铁碳复合滑板s1，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.8重量％，硫化亚铁的含量为2.5重量％，碳化铁的含量为8.9重量％，碳化硅的含量为3.2重量％，铬的含量为0.73重量％，钛的含量为0.47重量％，铜的含量为14.5重量％，碳的含量为68.9重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的内孔隙的平均孔径为41μm，真气孔隙率为11％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s1的性能进行测试，结果如表3所示。另外，图1是本发明的实施例1制备得到的铜铁碳复合滑板sem图，从图中可以看出：本发明的复合滑板表面较平整光滑，裂纹孔隙较少。实施例2本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板1、实验原料及设备按照与实施例1相同的原料及设备。2、实验过程首先将硅化沥青焦加入到煅烧炉中，在1300℃下煅烧5h；取一定量硅化沥青焦、鳞片石墨、纳米铁粉和聚丙烯腈纤维加入到混捏机内，控制转速在20r/min，温度设定为170℃，先混合0.5h，然后加入中温煤沥青，接着混捏1h，最后冷却取出；将冷却的混捏料加入到粉碎机内，边破碎边用70目筛网筛分，将筛分好的颗粒料继续投入混捏机，加入一定量升华硫，提高混捏速度到50r/min，混捏70min后取出备用；称其1kg的混捏料加入到自制模具内，用样勺将表面处理平整，再盖上密封盖，放置于液压机上，设置加入温度为115℃，压制压力为50吨，保持时间5分钟。压制完后冷却，再退模；制备好的焙烧样用粒径范围在1mm的焦炭覆盖，放入气氛炉内按照一定的升温程序进行炭化处理。得到的碳化铁的体积密度控制在1.75g/cm3-1.85g/cm3之间。将碳化铁放入到浸渗炉内，并加入铜合金，设置加压压力为10mpa，加热温度为1300℃。浸渗完后关火冷却，得到了最终的铜铁碳复合滑板，标记为s2。其中，高温混捏的原料组成：硅化沥青焦40重量％、中温煤沥青30重量％、铁粉10重量％、聚丙烯腈纤维10重量％、鳞片石墨10重量％；常温混捏料的组成：高温混捏料90重量％，升华硫10重量％。结果制备得到的铜铁碳复合滑板s2，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.8重量％，硫化亚铁的含量为2.5重量％，碳化铁的含量为8.9重量％，碳化硅的含量为3.2重量％，铬的含量为0.73重量％，钛的含量为0.47重量％，铜的含量为14.5重量％，碳的含量为68.9重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的内孔隙的平均孔径为35μm，真气孔隙率为8％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s2的性能进行测试，结果如表3所示。实施例3本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板1、实验原料及设备按照与实施例1相同的原料及设备。2、实验过程首先将硅化沥青焦加入到煅烧炉中，在1250℃下煅烧7h；取一定量硅化沥青焦、鳞片石墨、纳米铁粉和聚丙烯腈纤维加入到混捏机内，控制转速在30r/min，温度设定为150℃，先混合0.5小时，然后加入中温煤沥青，接着混捏2小时，最后冷却取出；将冷却的混捏料加入到粉碎机内，边破碎边用50目筛网筛分，将筛分好的颗粒料继续投入混捏机，加入一定量升华硫，提高混捏速度到30r/min，混捏70小时后取出备用；称其1kg的混捏料加入到自制模具内，用样勺将表面处理平整，再盖上密封盖，放置于液压机上，设置加入温度为105℃，压制压力为50吨，保持时间5分钟。压制完后冷却，再退模；制备好的焙烧样用粒径范围在3mm的焦炭覆盖，放入气氛炉内按照一定的升温程序进行炭化处理。得到的碳化铁的体积密度控制在1.75g/cm3-1.85g/cm3之间。将碳化铁放入到浸渗炉内，并加入铜合金，设置加压压力为8mpa，加热温度为1100℃。浸渗完后关火冷却，得到了最终的铜铁碳复合滑板，标记为s3。其中，高温混捏的原料组成：硅化沥青焦40重量％、中温煤沥青30重量％、纳米铁粉10重量％、聚丙烯腈纤维10重量％、鳞片石墨10重量％；常温混捏料的组成：高温混捏料90重量％，升华硫10重量％。结果制备得到的铜铁碳复合滑板s3，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.8重量％，硫化亚铁的含量为2.5重量％，碳化铁的含量为8.9重量％，碳化硅的含量为3.2重量％，铬的含量为0.73重量％，钛的含量为0.47重量％，铜的含量为14.5重量％，碳的含量为68.9重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的内孔隙的平均孔径为28μm，真气孔隙率为15％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s3的性能进行测试，结果如表3所示。实施例4本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：高温混捏的原料组成：硅化沥青焦40重量％、中温煤沥青30重量％、纳米铁粉10重量％、聚丙烯腈纤维10重量％、鳞片石墨10重量％；常温混捏料的组成：高温混捏料85重量％，升华硫15重量％。结果制备得到的铜铁碳复合滑板s4，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为1.2重量％，硫化亚铁的含量为3.1重量％，碳化铁的含量为7.7重量％，碳化硅的含量为3重量％，铬的含量为0.74重量％，钛的含量为0.46重量％，铜的含量为13.5重量％，碳的含量为70.3％重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的内孔隙的平均孔径为20μm，真气孔隙率为9％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s4的性能进行测试，结果如表3所示。实施例5本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：制备过程中的条件不同，具体地：冷却的混捏料不经粉碎直接投入混捏机加入一定量升华硫，提高混捏速度到40r/min，混捏1小时后取出备用；称其1kg的混捏料加入到自制模具内，用样勺将表面处理平整，再盖上密封盖，放置于液压机上，设置加入温度为110℃，压制压力为50吨，保持时间5分钟。压制完后冷却，再退模；制备好的焙烧样用粒径范围在2mm的焦炭覆盖，放入气氛炉内按照一定的升温程序进行炭化处理。得到的碳化铁的体积密度控制在1.75g/cm3-1.85g/cm3之间。将碳化铁放入到浸渗炉内，并加入铜合金，设置加压压力为10mpa，加热温度为1100℃。浸渗完后关火冷却，得到了最终的铜铁碳复合滑板，标记为s5。结果制备得到的铜铁碳复合滑板s5，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.8重量％，硫化亚铁的含量为2.5重量％，碳化铁的含量为8.9重量％，碳化硅的含量为3.2重量％，铬的含量为0.73重量％，钛的含量为0.47重量％，铜的含量为14.5重量％，碳的含量为68.9重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为50μm，真气孔隙率为13％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s5的性能进行测试，结果如表3所示。实施例6本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：在于更改高温混捏的原料组成，其中，该高温混捏料的使用使得所制备的铜铁碳复合滑板s6中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.7重量％，硫化亚铁的含量为2.4重量％，碳化铁的含量为8.9重量％，碳化硅的含量为4.5重量％，铬的含量为0.86重量％，钛的含量为0.54重量％，铜的含量为15.6重量％，碳的含量为66.5重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为34μm，真气孔隙率为10％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s6的性能进行测试，结果如表3所示。实施例7本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：在于更改高温混捏的原料组成，其中，该高温混捏料的使用使得所制备的铜铁碳复合滑板s7中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6重量％，硫化亚铁的含量为2.1重量％，碳化铁的含量为7.7重量％，碳化硅的含量为3.5重量％，铬的含量为0.75重量％，钛的含量为0.45重量％，铜的含量为13.8重量％，碳的含量为71.1重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为25μm，真气孔隙率为14％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s7的性能进行测试，结果如表3所示。实施例8本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：在于更改高温混捏的原料组成，其中，该高温混捏料得使用使得所制备的铜铁碳复合滑板s8中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6重量％，硫化亚铁的含量为2.2重量％，碳化铁的含量为6.2重量％，碳化硅的含量为3重量％，铬的含量为0.7重量％，钛的含量为0.42重量％，铜的含量为12.88重量％，碳的含量为74重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为18μm，真气孔隙率为16％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s8的性能进行测试，结果如表3所示。实施例9本实施例在于说明采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：在于更改高温混捏的原料组成，其中，该高温混捏料的使用使得所制备的铜铁碳复合滑板s9中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为1重量％，硫化亚铁的含量为2.3重量％，碳化铁的含量为8.7重量％，碳化硅的含量为5重量％，铬的含量为0.9重量％，钛的含量为0.54重量％，铜的含量为14.56重量％，碳的含量为67重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为28μm，真气孔隙率为11％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板s9的性能进行测试，结果如表3所示。对比例1按照与实施例1相同的方法制备铜碳复合滑板，所不同之处在于：没有加入纳米铁粉和聚丙烯腈纤维，具体地：高温混捏的原料组成包括：硅化沥青焦50重量％、中温煤沥青37.5重量％、鳞片石墨12.5重量％；常温混捏的原料组成：高温混捏料90％，升华硫10％。结果制备得到的铜碳复合滑板d1，其中，以所述铜碳复合滑板的总重量为基准，铬的含量为0.76重量％，钛的含量为0.44重量％，铜的含量为重量14.1％，碳的含量为79.1重量％，碳化硅的含量为2.5重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为25μm，真气孔隙率为18％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜碳复合滑板d1的性能进行测试，结果如表3所示。另外，图2是本发明的对比例1制备得到的铜碳复合滑板sem图，从该图中可以看出：图2复合滑板的表面孔隙较多，表面不平整，极易在应力作用下发生断裂，导致其力学性能如抗折强度，抗压强度，肖式硬度低于实施例1的力学性能。对比例2按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：高温混捏的原料组成中不含有纳米铁粉。结果制备得到的铜碳复合滑板d2，其中，以所述铜碳复合滑板的总重量为基准，铬的含量为0.87重量％，钛的含量为0.53重量％，铜的含量为15.9重量％，碳的含量为76.4％重量％，碳化硅的含量为3.4重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为38μm，真气孔隙率为16％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜碳复合滑板d2的性能进行测试，结果如表3所示。对比例3按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：高温混捏的原料组成中不含有聚丙烯腈纤维。结果制备得到的铜铁碳复合滑板d3，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.9重量％，硫化亚铁的含量为2.7重量％，碳化铁的含量为9.1重量％，碳化硅的含量为3.4％重量％，铬的含量为0.9重量％，钛的含量为0.6重量％；铜的含量为17.9％重量％，碳的含量为64.5％重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的内孔隙的平均孔径为25μm，真气孔隙率为14％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板d3的性能进行测试，结果如表3所示。对比例4按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：没有进行浸渍铜液处理过程。结果制备得到的铁碳复合滑板d4，其中，以所述铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为1.1重量％，硫化亚铁的含量为3.4重量％，碳化铁的含量为9.1重量％，碳的含量为81.9重量％，碳化硅的含量为4.5重量％，以及所制备的铁碳复合滑板的平均孔径为65μm，真气孔隙率为31％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铁碳复合滑板d4的性能进行测试，结果如表3所示。对比例5按照与实施例1相同的方法制备铜铁碳复合滑板，所不同之处在于：没有加入升华硫，具体地：高温混捏的原料组成：硅化沥青焦45重量％、中温煤沥青30重量％、纳米铁粉10重量％、聚丙烯腈纤维5重量％、鳞片石墨10重量％；结果制备得到的铜铁碳复合滑板d5，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，碳化铁的含量为13.2重量％，铬的含量为0.57重量％，钛的含量为0.33重量％，铜的含量为10.5重量％，碳的含量为72.2重量％，碳化硅的含量为3.2重量％，以及所制备的铜铁碳复合滑板的平均孔径为46μm，真气孔隙率为14％，以及其它性能如表3所示。并且对所制备的铜铁碳复合滑板d5的性能进行测试，结果如表3所示。表3通过表3的结果可以看出，采用本发明的方法制备得到的铜铁碳复合滑板，其中，实施例1-实施例5通过在沥青中加入纳米铁粉及聚丙烯腈纤维来强化碳基体，并且，更改制备条件，结果制备得到的铜铁碳复合滑板中所含有的各个元素的含量即成分差异不大，但是在制备过程中，制备条件对各个组分间结合强度、载流摩擦性能以及电阻率均具有显著影响；具体地，实施例1-实施例5所制备得到的铜铁碳复合滑板的体积密度介于2.62-2.72g/cm3之间，抗折强度介于92-103mpa之间，抗压强度介于234-260mpa之间，冲击韧性介于0.32-0.45j/cm2之间，电阻率介于3-8μω·m之间，肖式硬度介于90-99hs之间，高度磨耗比介于3-8mm/万机车公里之间，以及重量磨耗比介于55-83g/万机车公里之间；而实施例6-实施例9主要在于更改制备过程中的投料量，结果导致所制备得到的铜铁碳复合滑板中所含有的各个元素的含量即成分差异较大，成分的改变对各个组分间结合强度、载流摩擦性能以及电阻率也具有影响；具体地，实施例6-实施例9所制备得到的铜铁碳复合滑板的体积密度介于2.61-2.77g/cm3之间，抗折强度介于92-102mpa之间，抗压强度介于236-268mpa之间，冲击韧性介于0.32-0.48j/cm2之间，电阻率介于3-9μω·m之间，肖式硬度介于87-97hs之间，高度磨耗比介于2-9mm/万机车公里之间，以及重量磨耗比介于53-79g/万机车公里之间；而对比例1-对比例5由于没有采用本发明的技术方案，例如，对比例1高温混捏的原料组成中不含有纳米铁粉和聚丙烯腈纤维，对比例2高温混捏的原料组成中不含有纳米铁粉，对比例3中高温混捏的原料组成中不含有聚丙烯腈纤维，对比例4在制备过程中没有进行浸渍铜液处理过程，以及对比例5高温混捏的原料组成不在本发明所限定的范围之内，结果制备得到的复合滑板体积密度介于1.67-2.55g/cm3之间，抗折强度介于58-67mpa之间，抗压强度介于108-181mpa之间，冲击韧性介于0.15-0.28j/cm2之间，电阻率介于11-78μω·m之间，肖式硬度介于72-86hs之间，高度磨耗比介于14-36mm/万机车公里之间，以及重量磨耗比介于210-353g/万机车公里之间；显然，对比例1-对比例5的效果没有实施例1-实施例9的效果好。充分说明了采用本发明的技术方案获得的铜铁碳复合滑板一方面，纳米铁粉在高温下与粘结剂焦合金化，形成强度高于碳的碳化铁，将粘结剂焦合金化，能够显著提高颗粒之间的粘结强度，也有利于电子在颗粒之间的传递，体现在整个铜铁碳滑板的性能是肖式硬度、抗折强度与抗压强度提高、电阻率下降，纳米铁粉也会和硫反应生成高强度耐磨材料铁的硫化物；另一方面，聚丙烯腈纤维可作为碳纤维的前驱体，克服了碳纤维分散困难，与含碳基体粘结性能差的问题，在烧制后形成纤维强化结构，有利于力的分布及阻止裂纹的扩展，提高了铜铁碳复合滑板的力学性能及抗磨损性能；以及对于铜液难于润湿碳表面的问题，本发明中的铜液中含有钛及铬，其对石墨的浸润性好，显著提高了浸润性。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。当前第1页12