[发明专利]一种高速列车用碳纤维增强型滑动集电材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高速列车用碳纤维增强型滑动集电材料的制备方法；属于滑动集电材料设计制备技术领域。本发明将炭化‑石墨化的超薄碳纤维布与铜合金薄片交替排布，然后热压，得到高速列车用碳纤维增强型滑动集电材料；所述炭化‑石墨化处理后的超薄碳纤维布的厚度为0.020‑0.1mm，所述铜合金薄片小于等于4.2mm。本发明采用超薄碳纤维层增强浸铜炭复合材料，其具有高导电、高导热、高强度、低成本与易产业化等优点；其作为滑动集电材料使用时，具有明显优势。本发明制备工艺简单可控，所得产品性能优良，便于工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种高速列车用碳纤维增强型滑动集电材料的制备方法；属于滑动集电材料设计制备技术领域。

背景技术

电力列车高速运行过程中通过受电弓滑板从接触网获得电力；电机的运行需要通过电刷与换向器的稳定接触保证电力传输，滑动集电材料是列车与电机供电系统的咽喉部件，其摩擦磨损状况和稳定性对列车与电机的受流状况和稳定运行具有重要影响，因此，滑动集电材料材料性能具有严格的要求，大致包括五个方面：优良的导电性能、良好的减摩性与耐磨性、足够的机械强度、轻量化和低成本。目前高速电力机车和电机服役中的滑动集电材料主要为炭基复合材料，易发生崩边、掉块等异常磨损，在力学与耐磨性能方面存在不足。

为了改善炭基滑板材料的力学与耐磨性能，炭/炭(C/C)复合材料受到研究者们关注。Yuan与Deng将铜粉或铜纤维、树脂和碳纤维混合，经加热模压后进行数次树脂炭化/浸渍处理制备成型，该类型铜粉或铜纤维-C/C复合材料的冲击强度为炭滑板材料的2-4倍，制备工艺简单易控。浸铜-炭/炭(浸铜-C/C)复合材料是将高温热处理的炭/炭(C/C)复合材料多孔体为预制体，浸渍铜合金制备成型。国内研究者关注于浸铜-C/C复合材料的铜/炭界面结合与润湿性，采用Cu-Cr、Cu-Mo、Cu-Zr和Cu-Ti合金作为浸渍合金以改善铜/碳界面润湿性，制备得到浸铜-C/C复合材料的导电率与浸铜炭滑板相当，其冲击强度是后者的2.7-5.4倍。然而，为了保证碳纤维滑动集电材料的力学性能与耐磨性，该类性能复合材料的碳纤维含量常需要控制在20wt％以上，引起材料成本较高，难以产业化。

通过分析上述碳纤维滑动集电材料的性能发现，该类型复合材料的碳纤维束聚集处难以渗透浸渍，引起缺陷产生，无法充分发挥碳纤维的增强作用，需要提高碳纤维含量来提高复合材料力学性能，导致成本升高。针对这些问题，我们提出将碳纤维薄层化(0.020-0.1mm)制备超薄碳纤维布，以超薄碳纤维布为增强组元，降低复合材料闭孔的形成，充分发挥碳纤维增强作用；经过铜合金粉压坯、超薄碳纤维布与铜合金薄片叠层、热压烧结制备铜合金-C/C滑动集电材料。

发明内容

本发明旨在通过改善碳纤维增强滑动集电材料的致密性提高其强韧性与耐磨性，提供一种制备工艺简单易控、成本低廉的高性能碳纤维滑动集电材料制备方法。

本发明一种高速列车用碳纤维增强型滑动集电材料的制备方法；包括以下步骤：

将炭化-石墨化的超薄碳纤维布与铜合金薄片交替排布，然后热压，得到高速列车用碳纤维增强型滑动集电材料；所述炭化-石墨化处理后的超薄碳纤维布的厚度为0.020-0.1mm，所述铜合金薄片小于等于4.2mm。当碳纤维布较厚时(大于0.1mm)，其难以被树脂与合金充分浸渍并渗透，无法充分发挥碳纤维的增强作用。

作为优选，所述炭化-石墨化处理后的超薄碳纤维布的厚度为0.04-0.08mm。

本发明一种高速列车用碳纤维增强型滑动集电材料的制备方法；炭化-石墨化处理后的超薄碳纤维布通过下述工艺制备：将碳纤维束进行扩展并刷涂刷涂树脂；或将碳纤维束进行扩展、编织并刷涂刷涂树脂，控制碳纤维与树脂的质量比为1:4-5:1，得到超薄碳纤维布；

然后通过炭化-石墨化处理，得到炭化-石墨化处理后的超薄碳纤维布；