铜石墨复合电刷制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铜石墨复合电刷制备方法，采用该方法通过优化电刷刷体结构成分，刷体工作层采用较高含量石墨的材质，在引出线端采用纯铜材质，既可保证刷体的耐磨性能同时降低刷体与引出线的联结电阻，还能提高电刷在生产制备中的成品率。

Preparation of copper graphite composite brush

【技术实现步骤摘要】
铜石墨复合电刷制备方法
本专利技术属于小型航空电刷元件的制备领域，特别涉及一种铜石墨复合电刷制备方法。
技术介绍
小型航空电刷主要应用于空间尺寸狭小、更换周期长、环境使用恶劣的特殊环境。在该环境下工作的电刷，要求其导电性能优良、尺寸规格小、润滑性能好、刷体磨损少、使用寿命长。由于该电刷刷体厚度仅为2~5mm，还需在刷体5端面打孔5（孔径φ1~3mm），并安装导电引出线（如图2所示），导致打孔后最薄弱处厚度通常小于1mm。另外，由于刷体材质通常为石墨或铜石墨复合结构，质地柔软、硬度较低（＜30HBS），在打孔中极易出现裂纹或破裂现象，导致成品率低。在后期装配时，为了降低引出线与刷体之间的联结电阻，需较大的外力来压实填塞粉末，挤压过程中孔壁易开裂，导致报废。电刷属于耗材，国内常采用航空电刷刷体材料为石墨（磨损值小于0.015mm/h），使用200~300h后即需更换，浪费人力物力。且石墨电刷体积电阻较大，刷体上功率损失严重。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铜石墨复合电刷制备方法，该方法通过优化电刷刷体结构成分，刷体工作层采用较高含量石墨的材质，在引出线端采用纯铜材质，既可保证刷体的耐磨性能同时降低刷体与引出线的联结电阻，还能提高电刷在生产制备中的成品率。本专利技术的技术方案是：铜石墨复合电刷制备方法，有以下步骤：1）配料取镀铜石墨粉和纯铜粉，分别配制含石墨5~20%的过渡层混合粉末B和含石墨30~60%的工作层混合粉末A；2）混料将混合粉末A、B分别装入各自的球磨罐中，按照混合粉末A、B重量的30%~50%分别加入各自的球磨罐，通入氩气排除空气，氩气流量3~5L/min，通气10~20min后密封球磨罐，混料，得到混好的粉末A1、B1；3）预处理取出混好的粉末A1、B1，分别在氢气氛围的炉中还原处理A1、B1；在氢气氛围的炉中还原处理纯铜粉C，分别得到A2、B2、C2；4）成型将处理后的粉末过60~120目筛，得到A2、B2、C2；按刷体组分配比取A2、B2、C2，按照工作层、过渡层、纯铜粉顺序装入模具中，压制成型；真空条件下烧结成坯料，二段升温，随炉冷却；5）成品坯料切割加工成毛坯，清洗、烘干、装配，得到铜石墨复合电刷产品。步骤1）所述镀铜石墨粉的粒度5~30μm，石墨质量分数为70~80%；纯铜粉粒度为5~30μm。步骤2）所述氩气流量为3~5L/min。步骤2）所述混料转速为120~180r/min，混料时间为8~20h。步骤2）所述球磨罐为纯铜球磨罐。步骤3）所述还原处理的条件为：氢气流量5~10L/min，温度为200~400℃，保温时间20~50分钟。步骤4）所述压制压力为3~8Mpa，保压时间5~20S。步骤4）所述刷体组分配比为A2组分为30%，B2为10%，C2为60%。步骤5）所述二段升温为：室温升温至200～400℃，升温速度5～10℃/min，保温时间0.5～1h；再升温至750～900℃，升温速度10～20℃/min，保温时间2h。本专利技术的积极效果（1）本专利技术制备的电刷刷体与铜绞线的联结部位含铜量高（或为纯铜），因此电刷刷体与铜绞线之间的联结电阻低，通常在2mΩ以下；（2）经申请人实验验证，本专利技术电刷抗压强度＞240Mpa，致密度＞97%，电阻率＜5Ω·m（普通电刷刷体抗压强度＜190Mpa，致密度＜90%，电阻率＞7Ω·m），因此，本专利技术制备电刷刷体强度好，致密度高，耐磨性能优良、使用寿命长，刷体整体电阻低，在功率、信号传输过程中损耗小。（3）采用本专利技术方法亦可制备4种组分或更多组分的梯度材质复合电刷，电刷组分亦可扩展到银—石墨，银—铜—石墨材质。每种组分的含量也可以根据实际需求进行调整。附图说明图1为本专利技术所述电刷的结构示意图；图2为现有技术电刷的结构示意图；图3为采用实施例1所述方法得到的电刷毛坯；图4为采用实施例2所述方法得到的电刷毛坯。具体实施方式实施例1制备梯度铜石墨金属电刷，其工作层含铜60%，过渡层含铜80%，导线引出端为纯铜称取含铜量20%的镀铜石墨粉2kg，加入铜粉2kg，配制成含铜60%的工作层混合粉末A，合计4kg；称取含铜量20%的镀铜石墨粉1kg，加入铜粉3kg，配制成含铜80%的工作层混合粉末B，合计4kg；将A、B分别装入不同的纯铜球磨罐中，各自按照其混合粉末重量的50%比例，加入铜磨球，其中，装有混合粉末A的纯铜球磨罐中加入2kg铜磨球，装有混合粉末B的纯铜球磨罐中加入2kg铜磨球，通入氩气排除空气，氩气流量5L/min，根据球磨罐体积通气20min后密封球磨罐。混料转速为180r/min，混料时间为20h。取出混好的粉末，分别在氢气氛围的炉中还原处理，流量10L/min，温度为400℃，保温时间250分钟。待粉末冷却后，过60目筛。分别将粉末按照工作层、过渡层、纯铜粉的顺序装入模具。油压机压制，压制压力为8Mpa，保压时间20S。压坯在真空炉中烧结，采用2段升温，从室温升温至400℃，升温速度10℃/min，保温时间0.1h，再升温至900℃，升温速度20℃/min，保温时间2h,随炉冷却，得到电刷毛坯（参见图3，可以明显看到电刷有三个层次）；将烧结坯用线切割加工成为所需尺寸（注意区分工作端和引出线端）；用煤油清洗切割后的毛坯，烘干；用钻头在刷体引出线端打孔，清除碎屑，装入铜绞线，在空隙中填入高温导电胶；按导电胶产品烘干要求进行烘干。电刷的结构如图2所示，刷体为3个层次结构，最上层是铜基体2，用于安装（或焊接、螺丝联结）电刷引出线1；中间层是过渡层3，材料为铜、石墨复合材质（铜含量较多），用于联结铜基体和下部工作部分；底层是工作层4，材料为铜、石墨复合材质（石墨含量较多），与导电环接触，起润滑和导电作用。实施例2制备梯度铜石墨金属电刷，其工作层含铜50%，过渡层含铜70%，导线引出端为纯铜称取含铜量20%的镀铜石墨粉2kg，加入铜粉1.2kg，配制成含铜50%的工作层混合粉末A，合计3.2kg；称取含铜量20%的镀铜石墨粉1kg,，加入铜粉1.7kg，配制成含铜70%的工作层混合粉末B，合计2.7kg；将A、B分别装入不同的纯铜球磨罐中，各自按照其混合粉末重量的50%比例，加入铜磨球，其中，装有混合粉末A的纯铜球磨罐中加入1.6kg铜磨球，装有混合粉末B的纯铜球磨罐中加入1.35kg铜磨球，通入氩气排除空气，氩气流量5L/min，根据球磨罐体积通气20min后密封球磨罐。混料转速为180r/min，混料时间为20h。取出混好的粉末，分别在氢气氛围的炉中还原处理，流量10L/min，温度为400℃，保温时间250分钟。待粉末冷却后，过60目筛，得到。分别将粉末按照工作层A2、过渡层B2、纯铜粉C2的顺序装入模具。油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜石墨复合电刷制备方法，其特征在于，有以下步骤：/n1）配料/n取镀铜石墨粉和纯铜粉，分别配制含石墨5~20%的过渡层混合粉末B和含石墨30~60%的工作层混合粉末A；/n2）混料/n将混合粉末A、B分别装入各自的球磨罐中，按照混合粉末A、B重量的30%~50%分别加入各自的球磨罐，通入氩气排除空气，氩气流量3~5L/min，通气10~20min后密封球磨罐，混料，得到混好的粉末A1、B1；/n3）预处理/n取出混好的粉末A1、B1，分别在氢气氛围的炉中还原处理A1、B1；在氢气氛围的炉中还原处理纯铜粉C，分别得到A2、B2、C2；/n4）成型/n将处理后的粉末过60~120目筛，得到A2、B2、C2；按刷体组分配比取A2、B2、C2，按照工作层、过渡层、纯铜粉顺序装入模具中，压制成型；真空条件下烧结成坯料，二段升温，随炉冷却；/n5）成品/n坯料切割加工成毛坯，清洗、烘干、装配，得到铜石墨复合电刷产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜石墨复合电刷制备方法，其特征在于，有以下步骤：
1）配料
取镀铜石墨粉和纯铜粉，分别配制含石墨5~20%的过渡层混合粉末B和含石墨30~60%的工作层混合粉末A；
2）混料
将混合粉末A、B分别装入各自的球磨罐中，按照混合粉末A、B重量的30%~50%分别加入各自的球磨罐，通入氩气排除空气，氩气流量3~5L/min，通气10~20min后密封球磨罐，混料，得到混好的粉末A1、B1；
3）预处理
取出混好的粉末A1、B1，分别在氢气氛围的炉中还原处理A1、B1；在氢气氛围的炉中还原处理纯铜粉C，分别得到A2、B2、C2；
4）成型
将处理后的粉末过60~120目筛，得到A2、B2、C2；按刷体组分配比取A2、B2、C2，按照工作层、过渡层、纯铜粉顺序装入模具中，压制成型；真空条件下烧结成坯料，二段升温，随炉冷却；
5）成品
坯料切割加工成毛坯，清洗、烘干、装配，得到铜石墨复合电刷产品。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述镀铜石墨粉的粒度5~30μm，石墨质量分数为70~80%；纯铜粉粒度为5~3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小宇，刘奇，姚志远，韩校宇，薄新维，何浩然，王焱辉，刘成超，
申请(专利权)人：重庆材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50