铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于涉及轨道交通行业中轨道电接触材料技术领域，公开了一种铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用。其中，所述铜铁碳复合滑板含有铜和碳，其中，所述铜铁碳复合滑板还含有铁的硫化物、碳化铁和碳化硅，其中，所述铁的硫化物包括硫化铁和硫化亚铁，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6‑1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4‑3.4重量％，碳化铁的含量为6.2‑8.9重量％，碳化硅的含量为3‑5重量％。本发明专利技术的铜铁碳复合滑板的力学性能及抗磨损性能和载流摩擦性能均得到了提高，并且电阻率下降，能够满足高速状态下电接触的性能要求。

Copper iron carbon composite slide plate and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用
本专利技术涉及轨道交通行业中轨道电接触材料
，具体涉及一种铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用。
技术介绍
轨道交通行业中使用最多的电接触材料是碳复合材料，碳材料一般存在力学性能不足的问题，如抗冲击性能及硬度低等。为解决这个问题，一般的方法是通过将碳及铜复合在一起，例如可以采用金属粉末压制成型或者碳基体浸渗成型。其中，采用金属粉末压制成型制备粉末冶金滑板，其制备工艺是在金属粉末内加入少量的天然石墨，再在高温高压下烧结成粉末冶金滑板，而碳滑板则是以焦炭、天然石墨为主体颗粒，以沥青为粘结剂，再加入一定量的补强材料，先混捏成混合物，再按一定压力压制成碳块，然后选择一定的焙烧方式进行高温焙烧，焙烧后的碳块放入浸渗罐中浸入铜合金。粉末冶金滑板是一种运用较为成熟的电接触材料，在力学性能方面具有较为明显的优势，其抗折强度高、抗冲击性能好、导电性能好等，但也存在摩擦系数大，对接触线的磨损程度大。粉末冶金滑板磨损程度大的缺点导致其应用领域逐渐减小，逐渐被碳滑块所取代。现阶段碳滑板的使用较为广泛，主要是因为其摩擦系数低、对接触线的磨损程度小、价格低廉等，但碳滑板的力学性能相对于粉末冶金滑板的力学性能差，需要对其力学性能进行提高。提高碳滑板的一般的方法是在碳滑板内浸渗铜液。在浸渗铜液时，铜液对碳的润湿性较差，这降低了界面接触的强度。CN104774012A公开了一种电力机车受电弓浸铜碳滑板的生产方法，其中，步骤如下：1)复合碳滑板的制备：1.1)按如下质量份备料：沥青焦粉60-80份，石墨粉12-16份，硅化石墨粉10-15份，高温沥青30-35份；1.2)具体制备：按配比将沥青焦粉和石墨粉放入混捏锅内，冷混20-120分钟，然后加入添加剂硅化石墨粉，继续混合40-60分钟，再加入溶化后的高温沥青，在160-180℃的温度条件下混合1-6小时，停止加热，冷却再磨粉，粒度为250-350目；将磨成250-350目的混合粉体在油压机上预压成一阶段料柱，将一阶段料柱在120-140℃条件下放入烘箱内固化8-9小时，将经过固化的一阶断料柱放入挤压机内，挤出需要规格的复合碳滑板毛坯；将复合碳滑板毛坯放入窑炉中焙烧，出炉即得复合碳滑板；2)复合碳滑板浸铜：将复合碳滑板用清水洗干净，放入烘箱中烘3-5个小时，冷却后将其装入耐高温石墨坩埚内并置于1300-1400℃电炉里预热2-3小时；再将1300-1500℃熔化的过量铜液倒入上述坩埚中以将复合碳滑板浸没，再将坩埚置于油压机中罩内，盖上中罩盖子，以免碳滑板浮出铜液面，然后通入氮气加压，达到180-250kg/cm2，并在该压强下保温3-5分钟使铜液在压力下渗透进入碳滑板孔隙中，泄压后将碳滑板从铜液中取出，冷却即得电力机车受电弓浸铜碳滑板。CN106146020A公开了一种碳纤维增强受电弓碳滑板碳条，其通过如下方法制备而成：将受电弓碳滑板碳条原料和造孔剂混合均匀，制得混合料；对所述混合料进行压制处理，制得含有造孔剂的碳滑板碳条初坯；通过对所述碳滑板碳条初坯进行焙烧处理，烧掉所述碳滑板碳条初坯中的造孔剂，在所述碳滑板碳条中形成均匀分布的孔隙，从而得到具有孔隙结构的碳滑板碳条；对所述具有孔隙结构的碳滑板碳条进行金属浸渍处理，制得具有均匀分布的金属的碳滑板碳条。传统的浸铜碳滑块存在着力学性能无法满足高速状态下电接触的性能要求，主要是在高速状态下对浸铜碳滑板的力学性能以及载流摩擦性能要求增高。因此，如何制备力学性能及电性能优良的碳滑板还有待于进一步研究和开发。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中传统的浸铜碳滑块存在着力学性能以及载流摩擦性能满足不了电接触的要求，而提供的一种铜铁碳复合滑板及其制备方法和应用。本专利技术的铜铁碳复合滑板的力学及抗磨损性能和载流摩擦性能均得到了提高，并且电阻率下降，能够满足高速状态下电接触的性能要求。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种铜铁碳复合滑板，所述铜铁碳复合滑板含有铜和碳，其中，所述铜铁碳复合滑板还含有铁的硫化物、碳化铁和碳化硅；其中，所述铁的硫化物包括硫化铁和硫化亚铁，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4-3.4重量％，碳化铁的含量为6.2-8.9重量％，碳化硅的含量为3-5重量％。本专利技术第二方面提供了一种铜铁碳复合滑板的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将含碳基体、纳米铁粉、聚丙烯腈纤维和粘结剂混捏得到高温混捏料；(2)将所述高温混捏料与升华硫进行低温混捏并压制得到滑板前体；(3)将所述滑板前体进行焙烧处理得到碳化铁和铁的硫化物；(4)将所述碳化铁和铁的硫化物浸渍于铜液中；其中，所述铁的硫化物包括硫化亚铁和硫化铁，以及所述含碳基体为硅化沥青焦和石墨。本专利技术第三方面提供了一种由前述所述的方法制备得到的铜铁碳复合滑板。本专利技术第四方面提供了一种前述所述的铜铁碳复合滑板或者由前述所述的方法制备得到的铜铁碳复合滑板在轨道中的应用。通过上述技术方案，本专利技术中通过在含碳基体中加入纳米铁粉及聚丙烯腈纤维来强化含碳基体，一方面，纳米铁粉在高温下与粘结剂焦合金化，形成强度高于碳的碳化铁，将粘结剂焦合金化，能够显著提高颗粒之间的粘结强度，也有利于电子在颗粒之间的传递，体现在整个铜铁碳滑板的性能是肖式硬度、抗折强度与抗压强度提高、电阻率下降，纳米铁粉也会和升华硫反应生成高强度耐磨材料铁的硫化物；另一方面，聚丙烯腈纤维可作为碳纤维的前驱体，克服了碳纤维分散困难，与含碳基体粘结性能差的问题，在烧制后形成纤维强化结构，有利于力的分布及阻止裂纹的扩展，提高了铜铁碳复合滑板的力学性能及抗磨损性能；以及对于铜液难于润湿碳表面的问题，本专利技术中的铜液中含有钛及铬，其对石墨的浸润性好，显著提高了浸润性。附图说明图1是根据本专利技术的实施例1制备得到的铜铁碳复合滑板SEM图；图2是根据本专利技术的对比例1制备得到的铜碳复合滑板SEM图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供了一种铜铁碳复合滑板，所述铜铁碳复合滑板含有铜和碳，其中，所述铜铁碳复合滑板还含有铁的硫化物、碳化铁和碳化硅；其中，所述铁的硫化物包括硫化铁和硫化亚铁，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4-3.4重量％，碳化铁的含量为6.2-8.9重量％，碳化硅的含量为3-5重量％。优选情况下，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-0.8重量％，硫化亚铁的含量为3.1-3.4重量％，碳化铁的含量为7.7-8.9重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜铁碳复合滑板，所述铜铁碳复合滑板含有铜和碳，其特征在于，所述铜铁碳复合滑板还含有铁的硫化物、碳化铁和碳化硅；其中，所述铁的硫化物包括硫化铁和硫化亚铁，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4-3.4重量％，碳化铁的含量为6.2-8.9重量％，碳化硅的含量为3-5重量％。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜铁碳复合滑板，所述铜铁碳复合滑板含有铜和碳，其特征在于，所述铜铁碳复合滑板还含有铁的硫化物、碳化铁和碳化硅；其中，所述铁的硫化物包括硫化铁和硫化亚铁，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，硫化铁的含量为0.6-1.2重量％，硫化亚铁的含量为2.4-3.4重量％，碳化铁的含量为6.2-8.9重量％，碳化硅的含量为3-5重量％。


2.根据权利要求1所述的铜铁碳复合滑板，其中，所述铜铁碳复合滑板还含有铬和钛，且以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，铬的含量为0.7-0.9重量％，钛的含量为0.42-0.54重量％。


3.根据权利要求1或2所述的铜铁碳复合滑板，其中，以所述铜铁碳复合滑板的总重量为基准，铜的含量为12.88-16.56重量％，碳的含量为66-74重量％。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的铜铁碳复合滑板，其中，所述铜铁碳复合滑板的肖式硬度为80-110HS，高度磨耗比为2-10mm/万机车公里，重量磨耗比为53-83g/万机车公里，电阻率为3-12μΩ·m。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的铜铁碳复合滑板，其中，所述铜铁碳复合滑板的真气孔隙率为8-15％，体积密度为2.5-2.8g/cm3，所述铜铁碳复合滑板的内孔隙的平均孔径为20-50μm。


6.一种铜铁碳复合滑板的制备方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将含碳基体、纳米铁粉、聚丙烯腈纤维和粘结剂混捏得到高温混捏料；
(2)将所述高温混捏料与升华硫进行低温混捏...

【专利技术属性】
技术研发人员：付敏，王丽亚，
申请(专利权)人：深圳市比亚迪锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44