[发明专利]一种高强高密各向同性炭滑板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强高密各向同性炭的制备方法，特别涉及一种适用于作 为滑板材料的高强高密各向同性炭的制备方法。

背景技术

我国铁路正在向高速化方向发展，而电力机车是实现铁路高速化的主要交 通工具之一。电力机车用受电弓滑板作为电力机车供电系统中的重要集电元 件，要求强度高，不易损坏；作为摩擦材料，要求摩擦系数小，滑动性能好； 作为电气材料，要求导电性能良好。

至目前为止，国内外使用过的材质有：金属质、炭质、粉末冶金质、浸金 属炭质以及两种材质混合装配的形式等。炭材料与金属材料比，电阻较高，但 集电能力足够，另外它的一个最大特征是炭滑板难以发生电弧，即使发生电弧， 因炭材料耐高温能力强，不会熔融，对架线损伤极小，又由于炭材料的层状结 构决定了其具有良好的自润滑性和减磨性，经一段时间运行后，可在网线接触 表面形成一层CuO-C膜，使网线损耗降到最小值，有效地保护了网线。世界 上高速铁路发达的国家如德、法、日等国均十分重视炭滑板的开发和应用，例 如，法国TGV巴黎东南线(最高时速270km)，德国ICEI(最高时速2750km) 使用石墨质滑板。

上述提到的炭滑板，有密度低、集流、润滑、抗弧之长。也有性脆、强度 低之短。耐不住钢质材料的研磨和高速运行中的撞击，经常有断裂、掉块、拉 沟等现象。为进一步提高材料性能和安全可靠性，需要提高炭滑板的强度。

传统方法制备的高密高强各向同性炭一般是由沥青多次浸渍焙烧石墨化 而成，这种方法制备时间长，成本高，能量损耗大。中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads，简称MCMBs)是沥青液相炭化过程中分离出的的球体，其内部 由定向缩聚芳烃堆集而呈层状结构。由于MCMBs炭质颗粒本身含有粘结成 分而具有良好的自烧结性，且所含挥发分很少，可以直接作为压粉使用，这样 不仅可以制出优质的高密度材料，在制备石墨制品时还简化了工序。MCMBs 采用模压成型或等静压成型变成的致密坯体在1000℃热处理后的炭质制品体 积密度为1.76g/cm³，石墨化后，体积密度可达1.8～1.9g/cm³，抗折强度达50～ 100MPa。参见李同起，王成扬.中间相炭微球研究进展.炭素技术.2002(3)： 24-29。另一方面，SiC、B₄C、TiC等难熔金属炭化物能够在较低温度下促进 炭制品的石墨化，从而改善材料结构，提高制品密度及性能，参见Rosales CG， Ordas N，Oyarzabal E，Echeberria J，et al.Improvement of the thermo-mechanical properties of fine grain graphite by adding with different carbides.J Nucl Mater 2002；307-311：1282-1288。

发明内容

针对目前炭滑板中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种以中间 相炭微球和纳米碳化硅为原料的高强高密各向同性炭滑板的制备方法。本发明 具体的技术方案如下：

a.备料：选用微米级粒径分布均匀(±5μm)的中间相炭微球(1～100μm) 及纳米级碳化硅颗粒(1～100nm)为原材料，纳米碳化硅质量占原材料总质量 的2～10wt.％。采用无水乙醇作为介质，玛瑙球为混料球机械湿混12～48h。 在100℃空气中经10～24h烘干。最后将混合料过100～200目筛。

b.压力成型：在室温下将混合料模压或等静压成型，成型压力50～400MPa。

c.烧结：将成型后的试样平放于坩埚内，然后置于热处理炉发热体中间位 置，向炉内通氮气，同时以300～400℃/h的升温速度加热，最终在900～1500℃ 恒温0.5～1h。