[发明专利]一种电刷用碳纤维、二硫化钼银基复合材料及其应用方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电刷用碳纤维、二硫化钼银基复合材料及其应用方法。

背景技术：

银基自润滑复合材料电刷主要用作航天飞机、卫星、载人飞船、载人空间站等航天器中的电接触元件，在航空和宇航用仪表系统、自动控制系统以及电机、电器及电路装置部分大量使用，它担负着相对滑动部件的电接通、关闭以及电信号和电能传递的作用。

电刷在工作过程中，不断与旋转的换向器或集电环表面接触而流畅地传导电流，因此要求它必须具备如下特性：电刷材料的摩擦系数和磨损量小，不研磨或损伤换向器和集电环，机械强度大以避免高速旋转和振动引起的破损；润滑性能好，与换向器或集电环平滑地接触；电阻系数小，换向性能好；不产生火花或噪声，以便尽量延长使用寿命等。

随着航天器对相关组件使用寿命要求的提高，传统的银(铜)-二硫化钼、银(铜)-石墨的强度与耐磨性能已经不能满足其使用要求，而碳纤维增强金属基复合电刷材料的出现，及时地解决了上述问题，主要得益于碳纤维材料独特的物理与化学性能：

(1)密度小、质量轻，碳纤维的密度为1.5～2g/cm3，相当于钢密度的1/4铝合金密度的1/2；

(2)热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂；

(3)摩擦系数小，并具有润滑性；

(4)导电性好，25℃时高模量碳纤维的比电阻为775mΩ·cm，高强度碳纤维则为1500mΩ·cm；

采用碳纤维作为银基自润滑材料的磨损强化相，充分利用了碳纤维材料的高化学稳定性、高强度和高弹性模量，及其优良的导电导热性与自润滑特性，可以同时提高银基自润滑复合材料的强度、摩擦磨损与电接触性能，使得银基自润滑材料的使用寿命大幅度提高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种强度、耐磨性能具最佳配合的电刷用复合材料及其应用方法。

一种电刷用碳纤维、二硫化钼银基复合材料，各组分重量百分比为：Ag-Cu合金粉：87.5-92.5％，特种碳纤维粉：0.5-3.5％，MoS₂粉：7％-9％。

所述的Ag-Cu合金粉中铜含量为2％～5％。

Ag-Cu合金粉、特种碳纤维粉、MoS₂粉的粒径均为-400目。

所述的特种碳纤维粉为在不低于2000℃条件下，石墨化处理的短切碳纤维。

所述的碳纤维、二硫化钼银基复合材料应用于制备电刷；具体包括以下步骤：

(1)混料：

分别将Ag-Cu合金粉、MoS₂粉与特种碳纤维粉干燥，然后按比例称取混合，将混合粉末放入球磨罐中球磨，获得混合料；

(2)热压：

将混合料装入热压模具内，将模具置于热压机中热压，在升温的同时循序加压，目标热压温度900～930℃，目标压力25MPa，保温时间20～25min，热压完成后，材料随炉冷却，即获得碳纤维、二硫化钼银基复合材料电刷压片。

所述的步骤(1)中混料前将Ag-Cu合金粉在120℃下干燥24h，将MoS₂粉与特种碳纤维粉在60℃下干燥24h。

所述的步骤(1)中将混合粉末放入球磨罐中球料比1∶2，以150～250r/min的转速球磨8h。

所述的步骤(2)热压过程中保护气氛为氩气或氮气。

本发明的应用方法是以MoS₂粉和Ag-Cu合金粉为主要原料，配以适当含量的特种碳纤维粉作为增强相，复合材料采用惰性气体保护热压烧结技术来进行制备电刷，所得复合材料中二硫化钼和特种碳纤维均匀分布于银基体中，组织结构细小、致密度高、机械性能和电学性能优。

本发明的优势：

银基固体自润滑电刷是空间和宇航设备中相对滑动部件实现电接通、关闭及电传递等功能的首选材料，是航空和宇航仪表系统、自动控制系统以及电机、电器及电路装置中的关键电接触元件，而传统的银基电刷磨损量较大会产生较多的磨屑，磨屑的存在将影响空间机构的使用稳定性。本发明通过添加特种碳纤维，对银基自润滑材料进行磨损强化处理，以显著改善该材料的摩擦磨损性能，提高其应用的可靠性。本发明所得碳纤维、二硫化钼银基复合材料电刷摩擦磨损性能优异，其体积磨损率＜5×10^-15m³/N·m，相对密度＞99％，摩擦系数0.15～0.25，静态接触电阻＜0.3mΩ，硬度(HB)＞45。

附图说明