一种超声电机高导热摩擦材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超声电机高导热摩擦材料的制备方法，属于超声电机技术领域，特别涉及超声电机摩擦材料技术领域。本发明专利技术摩擦材料选用聚酰亚胺为基体，添加铜、石墨烯或碳纳米管为改性剂，通过热压烧结制备，该技术简单高效，成本低廉，尺寸稳定可靠，分布均匀，能够有效提高超声电机转子摩擦材料的导热性，磨损率大大降低，增加超声电机在空间环境中的使用寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
一种超声电机高导热摩擦材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于超声电机领域，具体涉及一种超声电机高导热摩擦材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微电机，相对于传统电磁电机，超声电机具有重量轻、低速大扭矩、不受电磁干扰、断电自锁等优点，在航天领域已有较广泛应用，其工作性能和使用寿命都受到摩擦材料的影响。目前超声电机摩擦驱动模式为定子与转子间的干摩擦，材料会产生大量的热，且磨损不可避免。由于太空环境中无空气，热量不易耗散，热量累积使材料结构被破坏，而磨损将造成超声电机使用寿命缩短以及预压力发生变化，从而导致超声电机输出转速不稳定。
[0003]为了进一步提高超声电机的导热性、速度稳定性以及使用寿命，不仅需要选用高性能聚合物摩擦材料，还需要对聚合物摩擦材料改造，提高其热导率。目前国内对超声电机摩擦材料的研究较多，但还没有对其应用于太空环境中的热导率进行研究。因此，发展超声电机高导热摩擦材料的设计与制备显得尤为重要，此方法也是提高超声电机使用寿命与稳定性的重要途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种超声电机高导热摩擦材料及其制备方法，通过向超声电机摩擦材料聚酰亚胺中加入铜、石墨烯和碳纳米管对其进行改性，能够提高摩擦界面的热导率。
[0005]为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种超声电机高导热摩擦材料，所述材料选用聚酰亚胺为基体，以高导热填料纳米铜粉(Cu)、碳纳米管(CNTs)或石墨烯(GNs)为改性剂，形成Cu/PI、CNTs/PI、GNs/PI三种聚酰亚胺复合材料，烧结后就是从粉末变成块体，改性剂与基体属于物理共混关系。
[0007]一种超声电机高导热摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)选用热塑性聚酰亚胺商业粉末YS
‑
20(结构如图1所示，聚合度厂家没给出，根据分子量预测，大约在10000以上)为基体，按照一定质量配比加入改性剂，得到均匀混合的粉末；
[0009]2)在30
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50MPa压力下、空气气氛中将复合粉末压制成型，烧结温度为375
‑
390℃，保温60
‑
120分钟，烧结后粉末变成块体，改性剂与基体属于物理共混关系，然后随炉降温，制得复合材料；
[0010]3)将步骤2制成的聚酰亚胺复合材料进行切片、粘贴及抛光清洗等表面处理后供超声电机转子表面使用。
[0011]以上所述步骤中，当改性剂为Cu时，形成Cu/PI复合材料，Cu的质量百分比为3％～10％，当改性剂为CNTs时，形成在CNTs/PI复合材料，CNTs的质量百分比为0.5％～1.5％，当改性剂为GNs时，形成GNs/PI复合材料，GNs的质量百分比为0.5％～1.5％。
[0012]有益效果：本专利技术提供了一种超声电机高导热摩擦材料及其制备方法，利用操作简便的热压烧结技术，制备得到的材料结构稳定，热导率高，摩擦性能稳定；使用在超声电机转子表面，超声电机在运行过程中能够提高摩擦界面的热导率，降低摩擦界面的磨粒磨损，从而提高超声电机的运行稳定性与摩擦材料使用寿命。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例中所使用的两种聚酰亚胺结构；
[0014]图2为本专利技术实施例中不同Cu含量下复合材料的热导率；
[0015]图3为本专利技术实施例中CNTs/PI复合材料的方向设定；
[0016]图4为本专利技术实施例中不同CNTs含量下复合材料在X
‑
Y
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Z方向上的热导率；
[0017]图5为本专利技术实施例中GNs/PI复合材料的方向设定；
[0018]图6为本专利技术实施例中不同GNs含量下复合材料在面内与面外方向的热导率。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明：
[0020]实施例1
[0021]本实施例将Cu/PI复合材料应用于超声电机转子
[0022]具体制备步骤如下：
[0023]1)取聚酰亚胺复合材料粉末、Cu粉,混合后粉碎得到均匀粉末；
[0024]2)在30
‑
50MPa压力下将复合粉末压制成型，烧结温度为375
‑
390℃，保温60
‑
120分钟，然后随炉降温，制得铜含量为10％的Cu/PI的复合材料。
[0025]3)将步骤2制成的聚酰亚胺复合材料进行切片、粘贴及表面处理后供超声电机转子表面使用。
[0026]表1制备Cu/PI复合材料的反应条件
[0027][0028]由图2可以看出，在PI中加入Cu后，Cu/PI复合材料的热导率得到了提升。铜含量较少时热导率变化不大，3％质量分数的铜分别将PI1和PI2的热导率提升了5.7％和5.3％。当铜含量达到9％质量分数时PI1和PI2的导热系数有了一个飞跃，分别达到了0.495W/m
·
K和0.521W/m
·
K，提升了41.4％和34.5％。
[0029]实施例2
[0030]将CNTs/PI复合材料应用于超声电机用转子
[0031]具体制备步骤：
[0032]1)取聚酰亚胺复合材料粉末、CNTs粉，混合后粉碎得到均匀粉末；
[0033]2)在30
‑
50MPa压力下将复合粉末压制成型，烧结温度为375
‑
390℃，保温60
‑
120分钟，然后随炉降温，制得CNTs含量为1％的CNTs/PI的复合材料。
[0034]3)将步骤2制成的聚酰亚胺复合材料进行切片、粘贴及表面处理后供超声电机转子表面使用。
[0035]表2制备CNTs/PI复合材料的反应条件
[0036][0037]由图可以看出，在加入CNTs后，CNTs/PI复合材料的热导率获得了良好的提高效果，其中以轴向方向(X方向)的提升效果最佳。0.5％的碳纳米管便可将PI1和PI2的热导率提升至0.57W/m
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K和0.77W/m
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K，在添加1％碳纳米管时热导率最高，分别为0.84W/m
·
K和0.9W/m
·
K，比纯的聚酰亚胺提高了140％和137％，而在Y、Z方向，热导率的提升效果要稍逊一筹，同样添加0.5％的碳纳米管时，热导率最高仅有0.73W/m
·
K，是X方向的89％。当碳纳米管含量超过1％，热导率下降，因为当碳纳米管处于低质量分数阶段时，复合材料的导热系数随着碳纳米管填充量的增加而增加；此时碳纳米管对整体的导热系数起主导作用；但随着碳纳米管含量的继续增加，碳纳米管容易团聚，导致复合材料中碳纳米管的稳定序列被破坏，碳纳米管的分布变得无序，正常的热传导方式被打破，热传导的方向和路径发生了变化，所以整体的导热性下降。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声电机高导热摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选用基体，按照一定质量配比加入改性剂，得到均匀混合的粉末；2)在30
‑
50MPa压力下将复合粉末压制成型，烧结温度为375
‑
390℃，保温60
‑
120分钟，然后随炉降温，制得复合材料；3)将步骤2制成的聚酰亚胺复合材料进行切片、粘贴及表面处理后供超声电机转子表面使用。2.根据权利要求1所述的超声电机高导热摩擦材料的制备方法，其特征在于，当改性剂为Cu时，形成Cu/PI复合材料，Cu的质量百分比为3％～10％。3.根据权利要求1所述的超声电机高导热摩擦材料的制备方法，其特征在于，当改性剂为CNTs时，形成在CNTs...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜州华，赵盖，邹毅，林东岳，刘梦，杨佳艺，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：