一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法技术

本发明专利技术涉及碳滑条技术领域，更具体而言，涉及一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法，通过在原料沥青焦中加入氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉等，与原料中的其他材料相融合，可以补充成品碳滑板的机械强度，使其在运行中不易折断和破裂；其制备工艺是，首先对原料进行研磨，再通过模压成型、浸铜工艺、最后烧结炭化处理，可以增加碳滑条材料的密度和强度。其体积密度≤3.8g/cm

A preparation method of carbon slider material for copper based silicon oxynitride pantograph

【技术实现步骤摘要】
一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法
本专利技术涉及碳滑条
，更具体而言，涉及一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法。
技术介绍
受电弓滑板是电力机车上的重要集电元件，安装在受电弓的最上部，直接与接触网导线接触，在列车走行过程中，从接触网导线上获得电流为机车供应电力。受电弓碳滑板碳滑条材料必须具有良好的减磨性和自润滑性、良好的耐热和耐电弧性、一定的耐磨性、足够的抗冲击强度以及稳定的电阻率和接触电阻。现如今电力机车受电弓碳滑板分为三种：粉末冶金滑板、纯碳滑板、碳基复合材料滑板。其中碳基复合材料为浸金属碳材料、碳纤维材料及MCC材料或陶瓷材料。碳滑条材料综合性能是其必备条件，其中高强度、高韧性、低电阻、耐磨以及自润滑特性的滑动电接触材料是最佳选择。氮氧化硅具有抗热性强、热膨胀率低、密度、硬度、弹性模量、抗弯强度均优于各单一材料。利用其制备的碳滑板各项性能指标满足国标要求，且工艺简单、效率高。
技术实现思路
为了克服现有技术中所存在的不足，本专利技术提供一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法，以提高受电弓碳滑条材料的机械强度、电导性和耐冲击性能。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法，包括以下步骤：S1、预热：将氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为60-120min；S2、研磨：将上述所配得的氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉进行研磨，要求纯度为99.99%；研磨转速为350～600r/min；S3、一次干混：将氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉按上述比例进行混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～3h；混捏后粉料自然冷却至常温；S4、二次干混：将一次干混后的原料与沥青焦按上述比例进行混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1～5h，混捏后的粉料自然冷却至常温；S5、湿混：将二次料混粉后的混合料与粘结剂改质煤沥青进行混捏，湿混粘结剂温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟；混捏机包括设置在混捏机上的自动报警装置，且自动报警装置用于设定时间到达时进行报警；混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃；S6、模压成型：将湿混后的材料倒入模具中，利用双向压制模压成型制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度；利用冷却设备对碳滑板初胚进行冷却处理；S7、一次焙烧：将预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体，焙烧温度为20℃～1250℃，室温-100℃，按照100℃/h升温，保持1h；100-200℃，按照100℃/h升温，保持1h；200℃-900℃、按照100℃/h升温，保持7h；900℃-1250℃、按照按照150℃/h升温，保持2h；并在1250℃温度下保温4h，然后自然冷却后；S8、浸铜：将焙烧品称重后置入石墨坩埚中，将预热炉按升温曲线进行预热，再次，对铜进行融化，在预热炉中坩埚加热的过程当中，准备金属融化，通电前检查电路、水路是否畅通；将准备好的铜放入到融化池中，开始通电，将电流调至220A，通电2小时后铜化为液体符合浸金属要求，将熔融金属进行超声波处理，超声频率为100Hz，超声功率为0-100W，超声时间为10-30min；坩埚从预热炉中拉出，放置在融化池下，将融化好的金属溶液倒入装有碳条的高温坩埚中，将高温坩埚放入真空设备中，确保无误后开始抽真空，当真空度达到0.085MPa后，真空结束，再次放入预热炉中预热半小时至室温后取出即可；增重率为33-35%；S9、二次焙烧：将浸渍后的坯体放入焙烧炉中进行第二次焙烧得到第二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温4h，焙烧时间为16h，利用烘干设备对浸渍处理后的烧结碳滑条材料初胚进行烘干处理；S10、烧结：将碳滑条材料放入烧结炉中，使钢碳完全包裹，然后充入保护气氩气，直到压力达到15-20兆帕，然后加热至1000-1250摄氏度，保持24-32小时后取出；S11、后续处理：根据制品性能的要求选择适当的后续处理工艺，如精整、机械加工、化学处理、电镀等，以满足产品的综合性能。进一步地，所述骨料沥青焦的粒度D50为1-60μm；真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、挥发份≤0.5%；所述粉料氮氧化硅粉的粒度D50为1-10μm、相对密度2.52g/cm3；所述粉料碳化硅粉的粒度D50为1-20μm、密度3.2g/cm3；所述粉料铜粉的粒度D50为1-30μm、密度为8.92×103/cm3；所述粉料纳米碳粉的粒度D50为1-40μm；所述粉料特种石墨粉的粒度D50为1-50μm，真密度≥2.0g/cm3，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥25Mpa，抗压强度≥35Mpa，灰分≤0.20%。进一步地，所述所述粘结剂改质煤沥青的软化点为105-120℃，结焦值为≥58%,灰分≤0.30%。进一步地，所述浸渍剂液态铜为99%纯铜。进一步地，所述沥青焦的粒度D50为1-10μm占其重量的10%；粒度D50为10-20μm占其重量的20%；粒度D50为20-30μm占其重量的20%；粒度D50为30-40μm占其重量的20%；粒度D50为40-50μm占其重量的20%；粒度D50为50-60μm占其重量的10%；所述氮氧化硅粉的粒度D50为1-3μm占其重量的20%；粒度D50为3-5μm占其重量的30%；粒度D50为5-8μm占其重量的30%，粒度D50为8-10μm占其重量的20%；所述碳化硅粉的粒度D50为1-5μm占其重量的15%；粒度D50为5-10μm占其重量的35%；粒度D50为10-15μm占其重量的35%；粒度D50为15-20μm占其重量的15%；所述粉料铜粉的粒度D50为1-5μm占其重量的10%；粒度D50为5-10μm占其重量的20%；粒度D50为10-15μm占其重量的20%；粒度D50为15-20μm占其重量的20%；粒度D50为20-25μm占其重量的20%；粒度D50为25-30μm占其重量的10%；所述粉料纳米碳粉的粒度D50为1-10μm占其重量的25%；粒度D50为10-20μm占其重量的25%；粒度D50为20-30μm占其重量的25%；粒度D50为30-40μm占其重量的25%；所述粉料特种石墨粉的粒度D50为1-10μm占其重量的10%；粒度D50为10-20μm占其重量的20%；粒度D50为20-30μm占其重量的25%；粒度D50为30-40μm占其重量的25%；粒度D50为40-50μm占其重量的20%。进一步地，所述一次混粉为氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉的混合料，其重量比为8:12:20:25:35。进一步地，所述二次混粉为一次混合料与沥青焦的混合料，其重量比为65:35。进一步地，所述湿混为混合料与粘结剂的混合物，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、预热：将氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为60-120min；/nS2、研磨：将上述所配得的氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉进行研磨，要求纯度为99.99%；研磨转速为350～600r/min；/nS3、一次干混：将氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～3h；混捏后粉料自然冷却至常温；/nS4、二次干混：将一次干混后的原料与沥青焦按上述比例进行混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1～5h，混捏后的粉料自然冷却至常温；/nS5、湿混：将二次料混粉后的混合料与粘结剂改质煤沥青进行混捏，湿混粘结剂温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟；混捏机包括设置在混捏机上的自动报警装置，且自动报警装置用于设定时间到达时进行报警；混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃；/nS6、模压成型：将湿混后的材料倒入模具中，利用双向压制模压成型制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度；利用冷却设备对碳滑板初胚进行冷却处理；/nS7、一次焙烧：将预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体，焙烧温度为20℃～1250℃，室温-100℃，按照100℃/h升温，保持1h；100-200℃，按照100℃/h升温，保持1h；200℃-900℃、按照100℃/h升温，保持7h；900℃-1250℃、按照按照150℃/h升温，保持2h；并在1250℃温度下保温4h，然后自然冷却后；/nS8、浸铜：将焙烧品称重后置入石墨坩埚中，将预热炉按升温曲线进行预热，再次，对铜进行融化，在预热炉中坩埚加热的过程当中，准备金属融化，通电前检查电路、水路是否畅通；将准备好的铜放入到融化池中，开始通电，将电流调至220A，通电2小时后铜化为液体符合浸金属要求，将熔融金属进行超声波处理，超声频率为100Hz，超声功率为0-100W，超声时间为10-30min；/n坩埚从预热炉中拉出，放置在融化池下，将融化好的金属溶液倒入装有碳条的高温坩埚中，将高温坩埚放入真空设备中，确保无误后开始抽真空，当真空度达到0.085MPa后，真空结束，再次放入预热炉中预热半小时至室温后取出即可；增重率为33-35%；/nS9、二次焙烧：将浸渍后的坯体放入焙烧炉中进行第二次焙烧得到第二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温4h，焙烧时间为16h，利用烘干设备对浸渍处理后的烧结碳滑条材料初胚进行烘干处理；/nS10、烧结：将碳滑条材料放入烧结炉中，使钢碳完全包裹，然后充入保护气氩气，直到压力达到15-20兆帕，然后加热至1000-1250摄氏度，保持24-32小时后取出；/nS11、后续处理：根据制品性能的要求选择适当的后续处理工艺，如精整、机械加工、化学处理、电镀等，以满足产品的综合性能。/n...

【技术特征摘要】
1.一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预热：将氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为60-120min；
S2、研磨：将上述所配得的氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉进行研磨，要求纯度为99.99%；研磨转速为350～600r/min；
S3、一次干混：将氮氧化硅、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～3h；混捏后粉料自然冷却至常温；
S4、二次干混：将一次干混后的原料与沥青焦按上述比例进行混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1～5h，混捏后的粉料自然冷却至常温；
S5、湿混：将二次料混粉后的混合料与粘结剂改质煤沥青进行混捏，湿混粘结剂温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟；混捏机包括设置在混捏机上的自动报警装置，且自动报警装置用于设定时间到达时进行报警；混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃；
S6、模压成型：将湿混后的材料倒入模具中，利用双向压制模压成型制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度；利用冷却设备对碳滑板初胚进行冷却处理；
S7、一次焙烧：将预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体，焙烧温度为20℃～1250℃，室温-100℃，按照100℃/h升温，保持1h；100-200℃，按照100℃/h升温，保持1h；200℃-900℃、按照100℃/h升温，保持7h；900℃-1250℃、按照按照150℃/h升温，保持2h；并在1250℃温度下保温4h，然后自然冷却后；
S8、浸铜：将焙烧品称重后置入石墨坩埚中，将预热炉按升温曲线进行预热，再次，对铜进行融化，在预热炉中坩埚加热的过程当中，准备金属融化，通电前检查电路、水路是否畅通；将准备好的铜放入到融化池中，开始通电，将电流调至220A，通电2小时后铜化为液体符合浸金属要求，将熔融金属进行超声波处理，超声频率为100Hz，超声功率为0-100W，超声时间为10-30min；
坩埚从预热炉中拉出，放置在融化池下，将融化好的金属溶液倒入装有碳条的高温坩埚中，将高温坩埚放入真空设备中，确保无误后开始抽真空，当真空度达到0.085MPa后，真空结束，再次放入预热炉中预热半小时至室温后取出即可；增重率为33-35%；
S9、二次焙烧：将浸渍后的坯体放入焙烧炉中进行第二次焙烧得到第二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温4h，焙烧时间为16h，利用烘干设备对浸渍处理后的烧结碳滑条材料初胚进行烘干处理；
S10、烧结：将碳滑条材料放入烧结炉中，使钢碳完全包裹，然后充入保护气氩气，直到压力达到15-20兆帕，然后加热至1000-1250摄氏度，保持24-32小时后取出；
S11、后续处理：根据制品性能的要求选择适当的后续处理工艺，如精整、机械加工、化学处理、电镀等，以满足产品的综合性能。


2.根据权利要求1所述的一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法，其特征在于：所述沥青焦作为骨料，粒度D50为1-60μm；真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏健，张锦俊，闵洁，张培林，庞中海，武建军，刘伟凯，纪永良，雷涛，霍有，张彦举，吕星薄，徐保国，柴万红，孟鹏，陈永贵，
申请(专利权)人：大同新成新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14