[发明专利]一种电力车辆受电弓滑板用复合材料及其制备方法

说明书

一种电力车辆受电弓滑板用复合材料及其制备方法，增强体为由碳纤维与铜网构成的三维复合编织体，以镀铜石墨粉为导电耐磨填料，经CVI沉积、树脂加压浸渍增密，以及高温热处理制备获得的受电弓滑板材料。该复合材料使用碳纤维与铜网的三维复合编织，实现了金属铜在复合材料中形成互为连通状的网络结构，为在载流状态下电子的运动提供了低电阻通道，采用高温烧结，使铜的三维网络结构连续性更好，且材料整体致密度的大幅提高，加上石墨的引入，提高了材料整体的润滑性能，减小了铜网与接触网导线摩擦时导致的导线大幅磨损，在提高整体导电性和机械性能的同时，显著降低其对接触网导线的磨损。本发明具有优良的摩擦性能和机械性能，不仅自身耐磨寿命长，而且对接触网导线的磨损小，从而确保了电力机车的安全运行。

技术领域

本发明涉一种电力车辆受电弓滑板用金属型碳纤维增强碳复合材料及其制备方法；属于电力车辆设备制备技术领域。

背景技术

作为电力机车导入电能、获取动力的重要受流部件，受电弓滑板的质量和机电性能对电力机车的受流状况及接触导线的寿命具有重要影响。目前，国内外广泛使用的受电弓滑板主要有纯碳滑板和浸铜碳滑板。纯碳滑板具有自润滑性能，耐磨性好，但是其自身机械强度低，使用过程中易折断、掉块，而且石墨的电阻较大、集电容量小，导致接触区温度高，易引起导线过热氧化腐蚀，加速导线磨损。浸铜碳滑板由于浸渍了熔融铜，因此导电性远优于纯碳滑板，但抗冲击强度仍不能满足高速运行的列车的需要，且对接触网铜导线的粘着磨损相当严重。而且需在1000℃以上，几百个大气压力下加压浸渍成型，因此对生产设备要求苛刻，且制备工艺复杂、产品均匀性不好、成品率低、生产成本高。随着电气化铁路的高速化、重载化的发展，弓网系统的震动幅度必然增加，滑板受到弓网的冲击力更大，离线现象将更频繁，对受电弓滑板的要求更加荀刻，因此今后的受电弓滑板材料必须兼备导电优良、抗冲击强度高、减磨性好以及耐弧性等优点。

碳基纤维复合材料滑板既有碳系滑板的自润滑和对导线磨耗小、密度小等优点，又利用了金属纤维的高强度和低电阻来提高机械强度和降低电阻率，而不必像粉末冶金滑板那样使用外部润滑脂，并且可显著减少滑板对接触导线的磨损，可以满足电力机车受电弓滑板轻量化、耐磨以及载流稳定的要求。目前，日本新研制出的碳基纤维复合材料滑板在一些线路上取得了良好的效果，已逐渐取代粉末冶金滑板，部分用于辅助滑板，以期实现在21世纪新干线速度达到350km/h高速化的目标。

金属型碳纤维复合材料具有低电阻率、高热容量和低成本等优点，是下一代理想受电弓滑板材料之一。中国发明专利CN1468891A公开了一种电力机车受电弓用碳纤维增强碳滑板，采用短切碳纤维为增强材料，石墨、电解铜粉/铜纤维为导电填料，耐高温新型改性酚醛树脂为粘结剂，经热压成型。这种受电弓滑板材料电阻率小、抗冲击性较高，摩擦磨损性能好，对接触导线磨损程度小，但是机械强度不高，且制备工艺复杂。中国发明专利CN1178745 A公开了一种碳纤维增强碳基复合材料制备的电力机车受电弓滑板，以镀铜碳粉为基体材料，短碳纤维为增强剂，热固性树脂为粘结剂，经冷压和热压固化成型。这种受电弓滑板材料摩擦磨损性能好，对接触导线磨损程度小，但是机械强度也不高。中国发明专利申请号200710017899.8公开了一种电力机车用碳/碳受电弓滑板，以针刺无纬布为预制体，经化学气相沉积热解碳后，再通过树脂浸渍-碳化，以及高温石墨化得到C/C复合材料。这种受电弓滑板材料制备工艺简单、压缩强度高、抗冲击性较好，但是机械强度不高。中国发明专利CN 103192718 B公开了一种受电弓滑板用复合材料及其制备方法，采用碳纤维与铜丝的三维编织体，经化学气相沉积和树脂浸渍-碳化工艺制备的碳滑条。中国发明专利申请号201510909260.5公开了一种电力机车用金属型C/C复合材料碳滑条，以将单层0°无纬碳布，碳纤维网胎、石墨粉、铜材构成了碳纤维和铜网三维整体毡为预制体，经化学气相沉积热解碳后，再通过树脂浸渍-碳化工艺得到C/C-Cu复合材料。以上两种受电弓滑板材料制备工艺简单、抗冲击性较好，申请专利201510909260.5中进一步加入石墨粉，提高了整体的润滑性能和致密度，但铜的三维网络结构连续性仍较低，整体致密度较低，机械强度不高，而且铜网与导线摩擦时点接触导致对导线的磨损增大。

发明内容