[发明专利]一种高速列车用石墨烯铜受电弓滑板材料及制备方法

说明书

本发明提供一种高速列车用石墨烯铜受电弓滑板材料及制备方法，该滑板以石墨烯为增强材料，以铜铁为基体材料，以焦炭粉和石墨纤维等为自润滑耐磨材料，以钛、钨、钼等为添加剂。将所有组分均匀混合后，采用热压的方法直接成型。本发明制备的受电弓滑板具有良好的导电性、耐磨性、抗冲击性和耐烧蚀等优点，同时对接触网导线磨耗很小。该滑板不仅制备工艺简单，而且性能远远好于常规的碳滑板和浸金属滑板。该滑板材料不仅适合做高铁和动车类高速列车的受电弓滑板，而且也适合做地铁等低速车的电接触材料。

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及高性能石墨烯铜受电弓滑板材料的制备方法，可用于高铁和动车等高速列车上，也可用于城市地铁等低速列车上。

背景技术

受电弓滑板简称滑板，它是高铁和动车等列车上的重要集电元件。滑板安装在受电弓上，直接与接触网导线接触，通过受电弓滑板与输电网线的接触，将输电网上的电流引导下来，传输给机车供电系统，来维持电力机车正常运行。因此要求滑板具有良好的导电性、耐磨性和抗冲击韧性等性能，同时要求滑板对接触网导线磨耗尽可能的低。随着高铁的迅速发展，提高滑板性能成为了国内外的研发重点之一。

当前常用的滑板主要有三种类型：碳滑板、粉末冶金滑板和浸金属碳滑板。碳滑板具有良好的耐磨性，但电阻率高，抗冲击能力很差，容易断裂。粉末冶金滑板具有良好的导电性和抗冲击韧性，但对接触网导线磨损严重，造成接触网出现断网故障。浸金属碳滑板比碳滑板具有更高的导电率和冲击韧性，但是它对接触网导线磨耗也很严重，运行过程中也容易折断。为了解决上述受电弓滑板在使用方面的不足，相继研制开发了各种改进型的受电弓滑板，如铝包碳滑板，碳纤维增强碳滑板，石墨增强铝滑板等，尽管性能有所提高，但是仍然存在着各种问题。

如公开号为CN108422868A的发明专利公开了一种电力机车用碳—碳复合材料受电弓滑板，该滑板以碳纤维布、酚醛树脂、丁腈橡胶和石墨粉作为连续相，以短切碳纤维和铜纤维作为增强相制备碳纤维复合材料，不仅制备工艺复杂，而且滑板的电阻率偏高。

公开号为CN108503363A的专利公开了一种碳-碳复合材料的受电弓碳滑板及其制备方法，该滑板以碳、沥青焦、半补强炭黑、石墨和粘接剂为原料，通过挤出成型和生坯焙烧等复杂工艺制备而成，虽然耐磨性能较好，但是强度差，电阻率高。

公开号为CN105272254A的发明专利公开了一种受电弓碳滑板材料的制备方法，该滑板以电解石墨烯、半补强炭黑和针状石油焦等为原料，其制备方法包括混捏、成型、一次焙烧、浸渍和二次焙烧等过程。该滑板虽然具有良好的抗冲击性能，但是该滑板的制备工艺很繁琐，而且滑板的综合性能并不好。

发明内容

本发明的目的针对现有技术存在的不足，而提出一种高性能的受电弓滑板材料的制备方法，该滑板材料以石墨烯为增强材料，以铜铁为基体材料，以焦炭粉和石墨纤维等为自润滑耐磨材料，以钛、钨、钼等为添加剂。将所有组分均匀混合后，采用热压的方法直接成型。具体技术方案为：

一种高速列车用石墨烯铜受电弓滑板材料，该材料各成分的质量比为：石墨烯2.0-11.0wt％、铜粉30.5-60.5wt％、铁粉1.0-19.0wt％、焦炭8.0-37.0wt％、碳纳米管1.0-5.0wt％、石墨纤维0.4-6.2wt％、添加剂0.06～0.25wt％。

上述添加剂为600目-800目的钛粉、800目-1200目的钨粉和900目-1200目的钼粉混合而成，钛粉、钨粉和钼粉质量比为1:3:5。

进一步地，上述所用的铜粉的粒度为400-600目，铁粉的粒度为900-1200目。

进一步地，上述所用的碳纳米管为单壁或多壁，直径为2～10nm，长度为0.5～8μm。

进一步地，上述所用焦炭的粒度为100～400目，石墨纤维为高强型纤维，直径为4～8μm，长度为0.5～3cm。