[发明专利]一种制备高速列车用碳/碳复合材料受电弓滑块的工艺方法

说明书

本发明公开一种制备高速列车用碳/碳复合材料受电弓滑块的方法。化学气相沉积(CVI)是一种比较成熟的制备连续纤维增强碳基/陶瓷基复合材料的方法，但这种方法最大的缺点在于生产周期特别长，通常要600～1000h，本发明在传统的CVI工艺的基础上，通过对沉积工艺过程中各流场的精确控制，大大缩短了CVI工艺周期。

技术领域

本发明涉及一种制备高速列车用碳/碳复合材料受电弓滑块的工艺方法。

背景技术

高速列车受电弓滑块(板)是电力机车从电网获取电流，为列车提供动力的重要元件。由于其工作过程中与电网导线接触并产生高速摩擦。因此，其摩擦组件的好坏直接影响高速列车安全性和经济性。目前，我国高速铁路采用的受电弓滑块主要是改性石墨块与粉末冶金块。石墨组件机械强度低，磨损量大；粉末冶金以金属铁和铜粉为基本成分，在摩擦过程中粉末冶金滑板与导线材质接近，导线磨损程度较大，且容易产生电弧。随着我国高速铁路的飞速发展，对受电弓滑块的要求越来越高，高机械强度，耐冲击性以及低导线磨损成为了受电弓滑块的重要发展方向。

化学气相沉积(CVI)是一种比较成熟的制备连续纤维增强碳基/陶瓷基复合材料的方法。但这种方法最大的缺点在于生产周期特别长(通常要600～1000h)。

如前文提到的，CVI工艺最大的缺点有二。其一，生产周期长；其二，工艺参数复杂，无法做到产品性能的精确控制。这两个CVI工艺的天生缺陷造成了生产成本过高，也因此阻碍了该工艺路线大规模产业化的道路。

专利《一种受电弓用C/C复合材料滑条的制备方法》(专利号：CN 104692823 A)提到使用无纬碳布与炭纤维网胎叠层纵向穿刺形成的2.5D炭纤维预制体先进行热处理，然后先进行化学气相沉积再进行数次树脂或沥青浸渍-裂解循环，最后进行石墨化处理制得目标产品。该技术方案是典型的CVI+PIP(PIP—(前驱体浸渍-裂解precursor infiltrationpyrolysis简称)工艺路线，其整个生产周期不低于400～600h。因此造成该工艺的生产周期长，生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种制备高速列车用碳/碳复合材料受电弓滑块的工艺方法，以解决现有技术存在的问题。

一种制备高速列车用碳/碳复合材料受电弓滑块的方法，包括以下步骤：

1)将碳纤维受电弓滑块预制体石墨化处理；

2)装炉，将石墨化处理后的若干碳纤维受电弓滑块预制体依次装入料筒工装内；

3)吹扫；

4)开启冷却水循环系统；

5)升温；

6)快速沉积，将碳源气体从高温气相沉积炉顶部或底部通入，气体预热后经所述料筒工装与预制体之间的窄缝进入，并在每层预制体表面快速流过，尾气经所述料筒工装末端汇集抽出炉体，其中，碳源气体流量控制在5m³/h～50m³/h，压强控制在3kPa～50kPa，恒温区中心温度在800℃～1100℃之间，沉积时间控制在150～250h；

7)石墨化处理；

8)机加工处理，将石墨化后的碳/碳复合材料受电弓滑块根据最终结构设计进行精细加工打磨，碳/碳复合材料受电弓滑块制备完成。

由于采用以上技术方案，本发明一种制备高速列车用碳/碳复合材料受电弓滑块的工艺方法，对碳源气体在流经区域的动量传递，能量传递，质量传递以及化学反应(“三传一反”)进行了多尺度建模计算，核算出一种或几种最优参数，最终指导我们对工装尺寸以及工艺参数进行及时修正。因此，大大提高了工艺参数对产品作用的反馈，有效提高了沉积速率，极大地缩短了常规化学气相沉积的周期，并且有效密度达到1.7g/cm³以上。

附图说明