本发明专利技术是一种以镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料及其制备方法。该材料含有Cu、CNTs、Ti3SiC2和TiB2原料，四种原料的体积比为V(Cu):V(CNTs):V(Ti3SiC2):V(TiB2)＝(65～90）：（1～20）：（2～30）：(1~20)。该方法是：将四种原料与丙三醇混匀和烘烤后装入钢质模具，先冷压再置于氢气保护气氛的高温炉中，升温至700~900℃，保温5~30分钟，之后取出样品再冷压，然后在800~900℃下进行二次烧结，保温30~60min。本发明专利技术工艺简单，利用现有生产设备就可以极大改善受电弓滑板材料的性能，并且制备的受电弓滑板材料具有成本较低的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料领域，特别涉及一种以镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料及其制 备方法。
技术介绍
受电弓滑板是电力机车获得动力来源的重要集电元件，安装在受电弓的最上部， 直接与接触网导线接触。滑板在静止或滑动状态下从接触网导线上获得电流，为机车提供 电力，因此，这种接触系统的受流质量直接影响到机车能否获得足够的牵引力并且安全可 靠的运行。而滑板质量是影响受流质量的一个关键因素。滑板材料需同时满足或协调以下 几个方面的性能指标(1)低的电阻率和接触电阻；(2)足够的抗冲击强度；(3)良好的减 磨、自润滑性能；(4) 一定的耐磨性；(5)良好的耐热、耐电弧性能；(6) —定的经济性；(7) 便于成型和实现轻量化。受电弓滑板的研究和应用方面，其材料主要经历了纯金属滑板、粉 末冶金滑板、纯碳滑板、浸金属碳滑板、金属基复合材料滑板和无机非金属基复合材料滑板 等发展过程。在机车用受电弓滑板材料目前大量使用的是以铜基材料为主，例如文献1 (郭斌，金永平，郑艾龙，周健，铜基受电弓滑板材料抗拉强度和冲击韧性研 究，材料科学与工艺，2003，11(1):59-63)和文献2(杨连成，姚广春，陆阳等。新型铜-炭 复合受电弓滑板的制备.过程工程学报，2005,5(4) :460-463)公开了一种以冷压烧结粉末 冶金方法制备高含碳量铜基受电弓滑板用材料，并测试其抗拉强度和冲击韧性。其研究的 结果表明受电弓材料的组成为m(Cu) :m(C)=92%:8%，最佳的抗拉强度为86MPa，冲击韧性 为1. 38J/cm2。但随着机车提速的客观需要，机车运行过程中会产生弓网振动和接触压力波 动，甚至产生对滑板的冲击和瞬间离线现象，对受电弓滑板材料的性能提出更高的要求，其 中最重要的一个措施就是提高其抗冲击韧性。文献3 (高春明，凌跃成，钱振华，刘春。减磨型碳纤维复合材料受电弓滑板的研 制，电力机车与城轨车辆，2004，27 ) :31-33)提出减磨型碳纤维复合材料电力机车受电弓 滑板的设计思路和关键技术，从碳纤维、石墨和树脂等方面进行改进，提高滑板的抗冲击强 度，减少滑板断裂，掉块的发生，延长滑板使用寿命减少由此原因造成的弓网故障。但该滑 板的技术性能和工艺流程比较复杂，特别是要人工合成树脂，极大地增加受电弓滑板材料 的成本，限制其推广使用。文献4 (高强，吴渝英，张国定，洪锓，肖学明，碳纤维对铜-石墨复合材料性能的影 响，中国有色金属学报，2000，10 (增刊1)97-101)报告以铜-石墨复合材料中加入碳纤维 制备电力机车受电弓滑板，研究了碳纤维的加入量、排列、分布对复合材料密度、电阻率、冲 击性能的影响规律，碳纤维含量超过5%后，随碳纤维含量增加，复合材料冲击值减小，碳 纤维含量为5%左右时复合材料冲击值达到最高达到0. 49J/cm2，碳纤维垂直于冲击面取向 排列可将复合材料的冲击值提高1倍以上，达到1. 33 J/cm2，碳纤维增强铜-石墨复合材料 冲击性能和导电性能比纯碳滑板好，滑动接触性能优于浸渍金属碳滑板，是具有发展前途的滑动电接触材料。文献5 (专利号ZL00111951. 6)介绍一种连续长碳纤维增强碳铜复合材料受电 弓滑板，以镀铜复合粉料为基体骨料，复合粉料包括石墨、焦炭、炭黑等碳质材料及金属粉 末，用热固性树脂混合造粒，冷压时加入连续长碳纤维作为增强剂，再进行热压或热挤压成 型处理。本专利技术制造的受电弓滑板综合性能非常优良，不仅具有优异的抗冲击性及抗折强 度，还具有良好的摩擦磨损性能和导电性能，能满足现代高速铁路和轨道交通电力机车的 需求。由于采用石墨、焦炭等为原料，在高速摩擦时会氧化，因此该产品的寿命不高，使用受 到明显的限制，另外由于采用热固性的树脂混合造粒，使得工艺较为复杂，成本偏高。文献6 (专利号ZL 200510043998. 4)报道一种适于铁路电力机车应用的具有层 状结构特征的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板及其制备方法。该滑板以金属网和混杂纤 维增强复合材料为基材并使之相互层间分布，其中混杂纤维复合材料以酚醛树脂为基体， 以混杂纤维作为增强剂，以橡胶、石墨、铜粉、硫酸钡、二氧化硅中的至少三种作为摩擦性能 调节剂，将这些原料充分混合后，与金属网一起进行热压成型制得混杂纤维增强复合材料 受电弓滑板。该滑板兼有高力学性能和优良的耐磨特性以及良好的导电性等优点，是一种 综合性能优良的受电弓滑板。随着铁路的高速化、电气化的发展人们对滑板性能提出了更高的要求，许多传统 的滑板已经不适合新时代的要求，因此研制新型滑板材料势在必行。纯金属滑板电阻率低、 抗压抗冲击强，但是对导线的磨耗非常严重，已经逐渐被淘汰；碳系滑板自身强度不够，电 阻率大，易发生断裂，常造成弓网事故，影响铁路运行；粉末冶金材料虽然是目前较为理想 的，但对导线的磨耗较大，导致网线的服役寿命缩短和维护成本的增加。尽管已经有研究用 碳纤维材料作为增强相来改善滑板材料的抗冲击性能，但效果不甚理想，随着铁路列车的 不断提速，原有的受电弓滑板零件已经不能满足现在高速和准高速机车的使用要求，为了 解决上述滑板存在的不足，急需要开发出一种耐电弧、磨耗小、导电性强、耐腐蚀和耐热性， 特别是抗冲击性能的滑板材料来替换原有滑板。这一产品市场潜力和经济效益巨大，不仅 应用于普通列车，也可以应用于地铁、城市轻轨等新型交通工具。碳纳米管以其独特的结构和优异的性能成为极具应用潜力的一维纳米材料。由文 献7 (许玮，胡锐，高媛等，碳纳米管增强铜基复合材料的载流摩擦磨损性能研究，摩擦 学报，2010, 30(3) :303-307)可知，碳纳米管具有高的长径比和超强力学性能、高的电导率 和热导率、低的热膨胀系数、耐强酸强碱和耐高温氧化等特性近年来，碳纳米管在增强复合 材料方面取得了很大的进展。最近，文献 8(Barsoum M W, El-Raghy Τ. Synthesis and characterization of remarkable ceramic: Ti3SiC2. J. Am. Ceram. Soc.，1996，79 (7) : 1953-1956)公开了一种全 新的层状三元化合物Tin+1AXn (其中T为过渡元素，η= 1，2，3)由于有一系列优良的性能 而引起广泛的关注。这种材料分为三类，η为1时称为211相，η为2时称为312相，当η 为3时称为413相。目前已发现存在的化合物种，312相体系是被研究的最多的，而Ti3SiC2 (钛硅碳)被认为是在这个体系中的一种最有应用前景的材料。Ti3SiC2是结构、导电和自润滑多功能合一的新型材料。其固有的类似金属材料的 导电、导热和易加工等特性和类似陶瓷材料的轻质、抗氧化、耐高温等特性，是通过晶体的 结构设计或者说晶内复合得到的，不存在宏观复合的热失配、弹性失配和电阻失配问题，所以具有好的化学稳定性和物理行为协调性。Ti3SiC2的常温电导率是9. 6X10、.nT1,这比石墨大了近两个数量级。在25 IOOO0C的温度范围内，Ti3SiC2的热膨胀系数是(10 11) X 10_6°C 1。已报道的Ti3SiC2的抗 压强度、杨氏模量以及硬度分别是900MPa，326GPa，4GPa。更为重本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料，其特征是所述受电弓滑板材料含有Ｃｕ、ＣＮＴｓ、Ｔｉ↓［３］ＳｉＣ↓［２］和ＴｉＢ↓［２］原料，四种原料的体积比为Ｖ（Ｃｕ） ：Ｖ（ＣＮＴｓ）：Ｖ（Ｔｉ↓［３］ＳｉＣ↓［２］） ：Ｖ（ＴｉＢ↓［２］）＝（６５～９０）：（１～２０）：（２～３０）：（１～２０）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周卫兵，梅炳初，朱教群，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83
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