[发明专利]一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种受电弓用C/C复合材料滑条的制造方法，属于电力机车用材料制备技术领域。

背景技术

电力牵引的高速列车是通过受电弓碳滑板上的碳滑条与接触网导线摩擦接触，将电网上的电流传输给机车电力系统，从而供给高速列车动力，维持机车正常运行的。为实现上述功能，受电弓碳滑条必须具备低的电阻率和良好的耐磨性。

在列车高速运行过程中，由于网线的振动，碳滑条经常受到电网的冲击，特别是在经过电网的“硬点”时，受电弓滑板上的碳滑条承受的冲击更为严重，有时甚至出现将碳滑板直接冲断的现象，直接影响了列车运行的安全性和可靠性。为此，受电弓碳滑条必须具备优良的机械性能，特别是高的抗冲击韧性。

为确保电力机车运行安全，延长碳滑板的使用寿命，碳滑条必须兼具优良的机械性能和低的电阻率。目前，专利申请号201410111706.5“一种铁路机车用受电弓滑板材料及其制备方法”公开了一种以石油焦和石墨为原料，沥青作粘结剂，通过传统的挤压、焙烧、炭化工艺制造的受电弓滑板，其机械性能很低，且产品性能不稳定。专利申请号200710017899.8“电力机车用炭/炭受电弓滑板的制备方法”公开了一种采用化学气相沉积和树脂浸渍-炭化工艺制备的炭/炭受电弓滑板，由于未采用前热处理工艺导致制备长碳滑条时，易出现变形、弯曲，影响产品尺寸精度，且未采用后热处理，炭滑条的电阻率高，抗冲击韧性低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有纯碳滑板机械强度差、电阻率高、性能不稳定等问题，提供一种具有优异机械性能、低电阻率和性能稳定可靠的受电弓C/C滑条及其制备方法。

本发明一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法，包括下述步骤：

步骤一

按炭布和炭毡质量比7.5-9：3-1，优选为8-9：2-1，进一步优选为8:2，将单层0°无纬炭布，炭纤维网胎、90°无纬炭布、炭纤维网胎依次逐层循环叠加后，采用接力式针刺的方法在垂直于铺层方向引入炭纤维束制成密度为0.3～0.6g/cm³的2.5D炭纤维针刺整体毡；

步骤二

将步骤一所得炭纤维针刺整体毡固定后置于加热炉中，在保护气氛下，于1500～2100℃，优选为1800-2100℃，进一步优选为1800-2000℃，进行前高温热处理；得到前高温热处理后的整体毡；

步骤三

将步骤二所得前高温热处理后的整体毡进行化学气相沉积热解碳处理，得到沉积均匀且密度为1.4～1.6g/cm³的C/C复合材料；

步骤四

按设计滑条的尺寸进行机械加工，并预留加工余量后进行聚合物浸渍-炭化处理，直至得到密度为1.7～1.9g/cm³的高密度C/C复合材料；

步骤五

在保护气氛下，对步骤四所得高密度C/C复合材料进行石墨化处理，石墨化处理时，控制温度为1800～2600℃，优选为1800-2300℃，进一步优选为2000-2300℃。

步骤六

按设计滑条的尺寸进行机械加工后，清洗，得到成品。

本发明一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法，步骤一中所述炭布为0°无纬炭布和90°无纬炭布。

本发明一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法，步骤一中所述炭毡为炭纤维网胎。

本发明一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法，步骤一中所述炭布与炭毡的质量比为7.5-9：3-1，优选为8-9：2-1，进一步优选为8:2；尤其是当炭布与炭毡的质量比为8：2时，其力学性能远远的优于7:3的比例(传统的比例为7：3)。

本发明一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法，步骤二中，所述前高温热处理的时间为3～10小时，优选为3-8小时，进一步优选为5-8小时。

本发明一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法，步骤二中，所述保护气氛选自氩气气氛、氮气气氛中的一种。

本发明一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法，步骤二中，前高温热处理时，控制炉内压力为微正压。

为了提升最终产品的性能，本发明步骤二的优选实施方案为：

采用石墨工装将步骤一所得炭纤维针刺整体毡夹紧，固定，防止炭纤维毡体因尺寸细长而变形；随后在高温热处理炉中进行前高温热处理，前高温处理时，所用保护气氛为氩气，氩气在炉内的压力为微正压。前高温热处理既缓解了炭纤维预制体在编织过程中产生的残余应力，又去除了炭纤维束表面的胶。