[发明专利]一种电机用炭/炭-石墨/铜电刷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电动机和发动机配件技术领域，具体涉及一种电机用炭/炭-石墨/铜电刷的制备方法。

背景技术

电刷作为电机的一个重要的导电零件，不断与旋转的换向器或集电环表面接触而流畅地传导电流，因此要求它必须具备多方面看来相互矛盾的特性：摩擦系数和磨损量小，不研磨或损伤换向器和集电环：机械强度大，以避免高速旋转和振动引起的磨损；润滑性能好，与换向器或集电环平滑地接触；电阻系数小，换向性能好；不产生火花或噪声，尽量延长使用寿命等。

电刷按原材料的不同可分为炭质电刷和金属电刷两大类；炭质电刷以炭黑、石墨或焦炭等一般性炭素材料为主要原材料，金属基电刷以铜粉和石墨为主要原材料，一般称为金属石墨电刷或金属电刷。

炭电刷和炭石墨电刷是以沥青焦和炭黑为主要原料，并配以石墨制造而成，由于这种电刷不经过石墨化，所以润滑性差，需要添加石墨予以弥补；其中，石墨配比少的叫炭电刷，石墨配比多的叫炭石墨电刷，它们的硬度比较高，密度比较大，但因摩擦系数大而不适用于高速电机，只在矿山，轧机和起重机用的旧型号直流电动机上使用；目前这种电刷用得并不多。

电化石墨电刷经过称之为石墨化的高温热处理过程后，摩擦系数低，耐磨性能好，对于各种用途都显示出极其优良的性能，最近在远途高速电力机车上采用取得了明显的效果；炭黑基电化石墨电刷以石墨为主要原料，它的电阻系数高，接触电压降大，换向特性好，适用范围非常广，可用于直流电动机、发电机以及中、高电压电动机等；焦炭基电化石墨电刷以石油焦或沥青焦为主要原料，它的电阻系数适中，接触电压降不大，适用于转速较低的直流电机；石墨基电化石墨电刷以天然石墨或人造石墨为主要原料，它的电阻系数在电化石墨电刷中最低，而滑动特性最好，适用于低速直流电机及交流电机的集电环。

根据资料检索，中国专利CN 103812291 A是采用（W,Cr）23C6、Cr3C2、Cr5Si3、Fe3C，将上述相按照常规的挤压铸造工艺制备一种电机电刷；中国专利CN 103811960 A 采用碳、硅、铬、铁和镍通过常规的搅拌铸造工艺制的耐磨性电机电刷；中国专利CN 102280790 A 公开了一种家用小电器用电机电刷的制备方法，采用天然晶体石墨、人造石墨、铜粉、炭黑作为主要材料，并配以润滑剂、添加剂、粘接剂经混合、成型和焙烧而成；中国发明专利CN 103682925 A 公开了一种由中间相炭微球和镀铜炭纤维组成的混合物，经焙烧和压制成型制得。

以上电刷虽然在各类电机中有所应用，但是，其都是通过不同成分导电粉末颗粒压制成型，然后通过焙烧制得，虽然具有良好的导电性能，但是其整体机械强度不高、耐磨性能较差，严重影响着电刷在电机中的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种工艺简单、致密效果好、机械强度高、导电性能好、抗摩擦磨损且具有自润滑性能的使用性能优异的电机用炭/炭-石墨/铜电刷的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电机用炭/炭-石墨/铜电刷的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采用炭纤维针刺体或炭纤维编织体作为预制体材料，预制体密度控制在0.15 g/cm³-0.85g/cm³。

步骤二：将步骤一中采用的预制体进行化学气相沉积致密，采用丙烯或天然气作为碳源气体，气体流量为0.5m³/h-5.0m³/h，当预制体密度≥1.20g/cm³时转入下道致密工序。

步骤三：将树脂与石墨粉、铜粉按一定的比例混合，其中石墨粉含量为0.5wt%-20 wt %，铜粉含量为0.1 wt%-20 wt %，余量为树脂，搅拌均匀。

步骤四：将步骤三中树脂与石墨粉、铜粉混合物浸渍于步骤二致密后的预制体内，并进行固化、炭化处理，在压力为1.0MPa-5.0MPa下进行浸渍2h-10h后，然后在固化炉内固化处理，出炉后转炭化炉炭化处理，反复浸渍、固化、炭化处理数次，直至预制体密度≥1.70g/cm³时转入下道致密工序。

步骤五：将步骤四致密后的预制体转高温石墨化炉内进行高温石墨化处理，在升温速率为5℃/h-200℃/h的条件下升温至1600℃-2500℃，然后保温2h-4h进行高温石墨化处理，自然冷却。