CN111014696A - 一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法 - Google Patents
一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111014696A CN111014696A CN201911153625.0A CN201911153625A CN111014696A CN 111014696 A CN111014696 A CN 111014696A CN 201911153625 A CN201911153625 A CN 201911153625A CN 111014696 A CN111014696 A CN 111014696A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- weight
- particle size
- accounting
- equal
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 93
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 72
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 17
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 12
- 238000004898 kneading Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004939 coking Methods 0.000 claims description 3
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 claims description 3
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 claims description 3
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000006253 pitch coke Substances 0.000 abstract description 3
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 abstract description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001175 oxide dispersion-strengthened alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- B22F1/0003—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F3/26—Impregnating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
- C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0084—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ carbon or graphite as the main non-metallic constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明涉及碳滑条制备技术领域，更具体而言，涉及一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，以提高受电弓碳滑条材料的机械强度、电导性和耐冲击性能。通过在原料沥青焦中加入TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉等，与原料中的其他材料相融合，可以补充成品碳滑条的机械强度，使其在运行中不易折断和破裂；其制备工艺是，首先对原料进行研磨，再通过模压成型、浸Cu工艺、烧结炭化、通电纯化处理，可以增加碳滑条材料的密度和强度，有利于得到体积密度较高的焙烧品，有利于浸渍剂浸入孔隙，有利于提高产品合格率。其体积密度≤4.0g/cm3、抗折强度≥140、抗压强度≥280、冲击韧性≥0.5J/cm2、20℃电阻率≤5µΩ·m、洛氏硬度（HBS）≤120。
Description
技术领域
本发明涉及碳滑条制备技术领域，更具体而言，涉及一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法。
背景技术
受电弓滑板是电力机车上的重要集电元件，安装在受电弓的最上部，直接与接触网导线接触，在列车走行过程中，从接触网导线上获得电流为机车供应电力。
受电弓碳滑条材料必须具有良好的减磨性和自润滑性、良好的耐热和耐电弧性、一定的耐磨性、足够的抗冲击强度以及稳定的电阻率和接触电阻。
现如今电力机车受电弓碳滑条分为三种：粉末冶金滑板、纯碳滑条、碳基复合材料滑板。其中碳基复合材料为浸金属碳材料、碳纤维材料及MCC材料或陶瓷材料。
碳滑条材料综合性能是其必备条件，其中高强度、高韧性、低电阻、耐磨以及自润滑特性的滑动电接触材料是最佳选择。
TiB2颗粒具有抗热性强、热膨胀率低、密度、硬度、弹性模量、抗弯强度均优于各单一材料。利用其制备的碳滑条各项性能指标满足国标要求，且工艺简单、效率高。
TiB2颗粒本身具有熔点高(熔点为3225℃)，强度好，耐磨性好（硬度为30Gpa，弯曲强度为750MPa），热膨胀系数较低（约为8.2×10-6K-1），良好的导电导热（电阻率为10-5Ω·cm）等特性，因而其强化效果明显，同其它陶瓷增强材料相比，它具有使金属的电导率、热导率下降量较小的特点。
20世纪80年代末美国在复合强化高导电Cu材的研究中，采用新奇的混合合金工艺，制得了TiB2相的体积分数为5％的弥散强化复合Cu合金，代号为MXT5，其某些性能指标超过GlidcopAI-60（美国SCM公司推出的氧化铝弥散强化Cu合金，A12O3的质量分数为1.2％，导电率80％IACS，强度620MPa，抗高温软化温度在870℃以上）。国内西安交通大学中南大学、浙江大学、中南产业大学等大学分别进行了有关TiB2/Cu复合材料制备研究。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，包括以下步骤：
S1、研磨：将TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉置于球磨机中，在200-300℃温度下研磨2-6h，研磨转速为350～600r/min，研磨后混合料自然冷却至常温；
S2、二次干混：将S1中混合料与沥青焦混合，进行混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1～5h，混捏后的粉料自然冷却至常温；
S3、湿混：将S2中二次混合料与粘结剂的混合物，混合料与粘结剂改质煤沥青进行混捏，湿混粘结剂温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟；
S4、模压成型：将S3湿混后的材料倒入模具中，利用双向压制模压成型制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度，利用冷却设备对碳滑条初胚进行冷却处理；
S5、焙烧：将S4预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体；
S6、浸Cu：将第一次坯体称重后置入石墨坩埚中，将预热炉按升温曲线进行预热，加入Cu熔融液，将石墨坩埚放入真空设备中，确保无误后开始抽真空，当真空度达到0.085MPa后，真空结束，再次放入预热炉中预热半小时至室温后取出，增重率为33-35%；
S7、二次焙烧：将S6中浸渍后的坯体放入焙烧炉中进行第二次焙烧得到第二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温4h，焙烧时间为16h；
S8、烧结：将S7中二次焙烧后碳滑条材料放入烧结炉中，使钢碳完全包裹，然后充入保护气氩气，直到压力达到15-20兆帕，然后加热至1000-1250摄氏度，保持24-32小时后取出；
S9、将S8中烧结后碳滑条材料在隔绝空气的条件下，通过电加热到375-500℃，电流强度为15A，保持6-8小时，填充材料内部微气孔，形成晶须，制得纯净的TiB2/Cu复合材料；
S10、后续处理得到的产品：根据制品性能的要求选择适当的后续处理工艺，如精整、机械加工、化学处理、电镀等，以满足产品的综合性能。
进一步地，所述沥青焦作为骨料，真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、挥发份≤0.5%；SiC粉的密度3.2g/cm3；Cu粉的密度为8.92×103/cm3；粉料石墨粉的真密度≥2.0g/cm3，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥25Mpa，抗压强度≥35Mpa，灰分≤0.20%；所述粘结剂采用改质煤沥青，软化点为105-120℃，结焦值为≥58%，灰分≤0.30%；熔融态Cu作为浸渍剂，采用99%纯Cu。
进一步地，所述TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉的混合料，其重量比为8:12:20:25:35，所述研磨后混合料与沥青焦，重量比为65:35；所述二次混合料与粘结剂，重量比为70:30-75:25。
进一步地，所述沥青焦的粒度1-10μm占其重量的10%、粒度为10-20μm占其重量的20%、粒度为20-30μm占其重量的20%、粒度为30-40μm占其重量的20%、粒度为40-50μm占其重量的20%、粒度为50-60μm占其重量的10%；TiB2粉的粒度为1-3μm占其重量的20%、粒度为3-5μm占其重量的30%、粒度为5-8μm占其重量的30%、粒度为8-10μm占其重量的20%；SiC粉的粒度为1-5μm占其重量的15%、粒度为5-10μm占其重量的35%、粒度为10-15μm占其重量的35%、粒度为15-20μm占其重量的15%；粉料Cu粉的粒度为1-5μm占其重量的10%、粒度为5-10μm占其重量的20%、粒度为10-15μm占其重量的20%、粒度为15-20μm占其重量的20、粒度为20-25μm占其重量的20%、粒度为25-30μm占其重量的10%；粉料纳米碳粉的粒度为1-10μm占其重量的25%、粒度为10-20μm占其重量的25%、粒度为20-30μm占其重量的25%、粒度为30-40μm占其重量的25%；粉料石墨粉的粒度为1-10μm占其重量的10%、粒度为10-20μm占其重量的20%、粒度为20-30μm占其重量的20%、粒度为30-40μm占其重量的25%、粒度为40-50μm占其重量的25%。
进一步地，所述混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃。混捏机上设置有自动报警装置，且自动报警装置用于设定时间到达时进行报警。
进一步地，所述S5焙烧升温程序：为20℃～1250℃，室温-100℃，按照100℃/h升温，保持1h；100-200℃，按照100℃/h升温，保持1h；200℃-900℃、按照100℃/h升温，保持7h；900℃-1250℃、按照按照150℃/h升温，保持2h；并在1250℃温度下保温4h，然后自然冷却。
进一步地，所述S6中Cu熔融液具体为：Cu放入到融化池中，开始通电，将电流调至220A，通电2小时后Cu化为熔融体符合浸金属要求，通电前检查电路、水路是否畅通。
进一步地，所述S7二次焙烧前，利用烘干设备对浸渍处理后的烧结碳滑条材料初胚进行烘干处理。
进一步地，所制备的TiB2/Cu复合材料体积密度≤4.0g/cm3、抗折强度≥140、 抗压强度≥280、冲击韧性≥0.5J/cm2、20℃电阻率≤5µΩ·m、洛氏硬度（HBS）≤120。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发提供了一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，以提高受电弓碳滑条材料的机械强度、电导性和耐冲击性能。通过在原料沥青焦中加入TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉等，与原料中的其他材料相融合，可以补充成品碳滑条的机械强度，使其在运行中不易折断和破裂，所制备的碳滑板组织致密、气孔微细、耐侵蚀性好，具备优异的机械强度和耐磨性；其制备工艺是，首先对原料进行研磨，再通过模压成型、浸Cu工艺、烧结炭化、通电纯化处理，可以增加碳滑条材料的密度和强度，有利于得到体积密度较高的焙烧品，有利于浸渍剂浸入孔隙，有利于提高产品合格率。其体积密度≤4.0g/cm3、抗折强度≥140、抗压强度≥280、冲击韧性≥0.5J/cm2、20℃电阻率≤5µΩ·m、洛氏硬度（HBS）≤120。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，包括以下步骤：
S1、研磨：将TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉置于球磨机中，在200-300℃温度下研磨2-6h，研磨转速为350～600r/min，研磨后混合料自然冷却至常温；Cu粉的密度为8.92×103/cm3；粉料石墨粉的真密度≥2.0g/cm3，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥25Mpa，抗压强度≥35Mpa，灰分≤0.20%；所述TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉的混合料，其重量比为8:12:20:25:35；
S2、二次干混：将S1中混合料与沥青焦混合，进行混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1～5h，混捏后的粉料自然冷却至常温；沥青焦真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、挥发份≤0.5%；SiC粉的密度3.2g/cm3；所述研磨后混合料与沥青焦，重量比为65:35；
S3、湿混：将S2中二次混合料与粘结剂的混合物，混合料与粘结剂改质煤沥青进行混捏，湿混粘结剂温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟；粘结剂采用改质煤沥青，软化点为105-120℃，结焦值为≥58%，灰分≤0.30%；熔融态Cu作为浸渍剂，采用99%纯Cu；所述二次混合料与粘结剂，重量比为70:30-75:25；湿混采用混捏机，混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃。混捏机上设置有自动报警装置，且自动报警装置用于设定时间到达时进行报警。
S4、模压成型：将S3湿混后的材料倒入模具中，利用双向压制模压成型制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度，利用冷却设备对碳滑条初胚进行冷却处理；
S5、焙烧：将S4预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体；升温程序：为20℃～1250℃，室温-100℃，按照100℃/h升温，保持1h；100-200℃，按照100℃/h升温，保持1h；200℃-900℃、按照100℃/h升温，保持7h；900℃-1250℃、按照按照150℃/h升温，保持2h；并在1250℃温度下保温4h，然后自然冷却；
S6、浸Cu：将第一次坯体称重后置入石墨坩埚中，将预热炉按升温曲线进行预热，加入Cu熔融液，将石墨坩埚放入真空设备中，确保无误后开始抽真空，当真空度达到0.085MPa后，真空结束，再次放入预热炉中预热半小时至室温后取出，增重率为33-35%；Cu熔融液具体为：Cu放入到融化池中，开始通电，将电流调至220A，通电2小时后Cu化为熔融体符合浸金属要求，通电前检查电路、水路是否畅通；
S7、二次焙烧：将S6中浸渍后的坯体放入焙烧炉中进行第二次焙烧得到第二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温4h，焙烧时间为16h；二次焙烧前，利用烘干设备对浸渍处理后的烧结碳滑条材料初胚进行烘干处理
S8、烧结：将S7中二次焙烧后碳滑条材料放入烧结炉中，使钢碳完全包裹，然后充入保护气氩气，直到压力达到15-20兆帕，然后加热至1000-1250摄氏度，保持24-32小时后取出；
S9、将S8中烧结后碳滑条材料在隔绝空气的条件下，通过电加热到375-500℃，电流强度为15A，保持6-8小时，制得TiB2/Cu复合材料；
S10、后续处理得到的产品：根据制品性能的要求选择适当的后续处理工艺，如精整、机械加工、化学处理、电镀等，以满足产品的综合性能。
在本实施例中，所述沥青焦的粒度1-10μm占其重量的10%、粒度为10-20μm占其重量的20%、粒度为20-30μm占其重量的20%、粒度为30-40μm占其重量的20%、粒度为40-50μm占其重量的20%、粒度为50-60μm占其重量的10%；TiB2粉的粒度为1-3μm占其重量的20%、粒度为3-5μm占其重量的30%、粒度为5-8μm占其重量的30%、粒度为8-10μm占其重量的20%；SiC粉的粒度为1-5μm占其重量的15%、粒度为5-10μm占其重量的35%、粒度为10-15μm占其重量的35%、粒度为15-20μm占其重量的15%；粉料Cu粉的粒度为1-5μm占其重量的10%、粒度为5-10μm占其重量的20%、粒度为10-15μm占其重量的20%、粒度为15-20μm占其重量的20、粒度为20-25μm占其重量的20%、粒度为25-30μm占其重量的10%；粉料纳米碳粉的粒度为1-10μm占其重量的25%、粒度为10-20μm占其重量的25%、粒度为20-30μm占其重量的25%、粒度为30-40μm占其重量的25%；粉料石墨粉的粒度为1-10μm占其重量的10%、粒度为10-20μm占其重量的20%、粒度为20-30μm占其重量的20%、粒度为30-40μm占其重量的25%、粒度为40-50μm占其重量的25%。
在本实施例中，所制备的TiB2/Cu复合材料体积密度≤4.0g/cm3、抗折强度≥140、抗压强度≥280、冲击韧性≥0.5J/cm2、20℃电阻率≤5µΩ·m、洛氏硬度（HBS）≤120。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、研磨：将TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉置于球磨机中，在200-300℃温度下研磨2-6h，研磨转速为350～600r/min，研磨后混合料自然冷却至常温；
S2、二次干混：将S1中混合料与沥青焦混合，进行混捏，混捏温度为160℃～220℃，混捏时间为1～5h，混捏后的粉料自然冷却至常温；
S3、湿混：将S2中二次混合料与粘结剂的混合物，混合料与粘结剂改质煤沥青进行混捏，湿混粘结剂温度为120-170℃，湿混时间为40-60分钟；
S4、模压成型：将S3湿混后的材料倒入模具中，利用双向压制模压成型制成一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度，利用冷却设备对碳滑条初胚进行冷却处理；
S5、焙烧：将S4预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体；
S6、浸Cu：将第一次坯体称重后置入石墨坩埚中，将预热炉按升温曲线进行预热，加入Cu熔融液，将石墨坩埚放入真空设备中，确保无误后开始抽真空，当真空度达到0.085MPa后，真空结束，再次放入预热炉中预热半小时至室温后取出，增重率为33-35%；
S7、二次焙烧：将S6中浸渍后的坯体放入焙烧炉中进行第二次焙烧得到第二次坯体，焙烧温度为20℃～1200℃，并在1200℃温度下保温4h，焙烧时间为16h；
S8、烧结：将S7中二次焙烧后碳滑条材料放入烧结炉中，使钢碳完全包裹，然后充入保护气氩气，直到压力达到15-20兆帕，然后加热至1000-1250摄氏度，保持24-32小时后取出；
S9、将S8中烧结后碳滑条材料在隔绝空气的条件下，通过电加热到375-500℃，电流强度为15A，保持6-8小时，制得TiB2/Cu复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述沥青焦作为骨料，真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、挥发份≤0.5%；SiC粉的密度3.2g/cm3；Cu粉的密度为8.92×103/cm3；粉料石墨粉的真密度≥2.0g/cm3，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥25Mpa，抗压强度≥35Mpa，灰分≤0.20%；所述粘结剂采用改质煤沥青，软化点为105-120℃，结焦值为≥58%，灰分≤0.30%；熔融态Cu作为浸渍剂，采用99%纯Cu。
3.根据权利要求1所述的一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述TiB2、SiC、Cu、纳米碳粉、石墨粉的混合料，其重量比为8:12:20:25:35，所述研磨后混合料与沥青焦，重量比为65:35；所述二次混合料与粘结剂，重量比为70:30-75:25。
4.根据权利要求1所述的一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述沥青焦的粒度1-10μm占其重量的10%、粒度为10-20μm占其重量的20%、粒度为20-30μm占其重量的20%、粒度为30-40μm占其重量的20%、粒度为40-50μm占其重量的20%、粒度为50-60μm占其重量的10%；TiB2粉的粒度为1-3μm占其重量的20%、粒度为3-5μm占其重量的30%、粒度为5-8μm占其重量的30%、粒度为8-10μm占其重量的20%；SiC粉的粒度为1-5μm占其重量的15%、粒度为5-10μm占其重量的35%、粒度为10-15μm占其重量的35%、粒度为15-20μm占其重量的15%；粉料Cu粉的粒度为1-5μm占其重量的10%、粒度为5-10μm占其重量的20%、粒度为10-15μm占其重量的20%、粒度为15-20μm占其重量的20、粒度为20-25μm占其重量的20%、粒度为25-30μm占其重量的10%；粉料纳米碳粉的粒度为1-10μm占其重量的25%、粒度为10-20μm占其重量的25%、粒度为20-30μm占其重量的25%、粒度为30-40μm占其重量的25%；粉料石墨粉的粒度为1-10μm占其重量的10%、粒度为10-20μm占其重量的20%、粒度为20-30μm占其重量的20%、粒度为30-40μm占其重量的25%、粒度为40-50μm占其重量的25%。
5.根据权利要求1所述的一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述S5焙烧升温程序：为20℃～1250℃，室温-100℃，按照100℃/h升温，保持1h；100-200℃，按照100℃/h升温，保持1h；200℃-900℃、按照100℃/h升温，保持7h；900℃-1250℃、按照按照150℃/h升温，保持2h；并在1250℃温度下保温4h，然后自然冷却。
6.根据权利要求1所述的一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述S6中Cu熔融液具体为：Cu放入到融化池中，开始通电，将电流调至220A，通电2小时后Cu化为熔融体符合浸金属要求，通电前检查电路、水路是否畅通。
7.根据权利要求1所述的一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述S7二次焙烧前，利用烘干设备对浸渍处理后的烧结碳滑条材料初胚进行烘干处理。
8.根据权利要求1所述的一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所制备的TiB2/Cu复合材料体积密度≤4.0g/cm3、抗折强度≥140、抗压强度≥280、冲击韧性≥0.5J/cm2、20℃电阻率≤5µΩ·m、洛氏硬度≤120。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911153625.0A CN111014696A (zh) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | 一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911153625.0A CN111014696A (zh) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | 一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111014696A true CN111014696A (zh) | 2020-04-17 |
Family
ID=70206818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911153625.0A Withdrawn CN111014696A (zh) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | 一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111014696A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112226704A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-15 | 西安工程大学 | 一种晶须颗粒混杂增强铜基复合材料的制备方法 |
| CN113860876A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-31 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种Mn基石墨复合型等静压导电高分子材料及其制备方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4954170A (en) * | 1989-06-30 | 1990-09-04 | Westinghouse Electric Corp. | Methods of making high performance compacts and products |
| CN102031439A (zh) * | 2011-01-12 | 2011-04-27 | 武汉理工大学 | 以镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料及其制备方法 |
| CN102266944A (zh) * | 2011-07-06 | 2011-12-07 | 陕西理工学院 | 一种SiC颗粒增强Cu基梯度复合材料的制备方法 |
| CN103981418A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-08-13 | 攀枝花学院 | TiC/TiB2/Al/Cu电触头材料及其制备方法和用途 |
| CN104087806A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-10-08 | 西安交通大学 | 热防护用SiC-Cu复相发汗冷却材料及其制备方法 |
| CN105272254A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-01-27 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种受电弓碳滑板材料的制备方法 |
| CN107584123A (zh) * | 2017-08-21 | 2018-01-16 | 东睦新材料集团股份有限公司 | 一种铜基受电弓滑板毛坯的制备方法 |
| CN107723501A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-23 | 河南科技大学 | 一种TiB2颗粒和碳纳米管混合增强的铜基复合材料及其制备方法 |
| CN108384979A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-10 | 西安理工大学 | 一种混杂增强铜基复合材料及其制备方法 |
| CN108515170A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-09-11 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种新型高性能受电弓材料的制备工艺 |
| CN109014216A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-18 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种基于镀铜石墨粉的受电弓滑板制备工艺 |
| CN109128185A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-04 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种新型电力机车粉末冶金碳滑条及其制备方法 |
| CN109338145A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-15 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法 |
-
2019
- 2019-11-22 CN CN201911153625.0A patent/CN111014696A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4954170A (en) * | 1989-06-30 | 1990-09-04 | Westinghouse Electric Corp. | Methods of making high performance compacts and products |
| CN102031439A (zh) * | 2011-01-12 | 2011-04-27 | 武汉理工大学 | 以镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料及其制备方法 |
| CN102266944A (zh) * | 2011-07-06 | 2011-12-07 | 陕西理工学院 | 一种SiC颗粒增强Cu基梯度复合材料的制备方法 |
| CN103981418A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-08-13 | 攀枝花学院 | TiC/TiB2/Al/Cu电触头材料及其制备方法和用途 |
| CN104087806A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-10-08 | 西安交通大学 | 热防护用SiC-Cu复相发汗冷却材料及其制备方法 |
| CN105272254A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-01-27 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种受电弓碳滑板材料的制备方法 |
| CN107584123A (zh) * | 2017-08-21 | 2018-01-16 | 东睦新材料集团股份有限公司 | 一种铜基受电弓滑板毛坯的制备方法 |
| CN107723501A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-23 | 河南科技大学 | 一种TiB2颗粒和碳纳米管混合增强的铜基复合材料及其制备方法 |
| CN108384979A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-10 | 西安理工大学 | 一种混杂增强铜基复合材料及其制备方法 |
| CN108515170A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-09-11 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种新型高性能受电弓材料的制备工艺 |
| CN109128185A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-04 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种新型电力机车粉末冶金碳滑条及其制备方法 |
| CN109014216A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-18 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种基于镀铜石墨粉的受电弓滑板制备工艺 |
| CN109338145A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-15 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种受电弓碳滑板复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 袁润章: "《自蔓延高温合成技术研究进展》", 30 April 1994, 武汉：武汉工业大学出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112226704A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-15 | 西安工程大学 | 一种晶须颗粒混杂增强铜基复合材料的制备方法 |
| CN113860876A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-31 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种Mn基石墨复合型等静压导电高分子材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112028613B (zh) | 一种应用添加催化剂酚醛树脂的镁碳砖 | |
| CN105272254A (zh) | 一种受电弓碳滑板材料的制备方法 | |
| CN108384981B (zh) | 一种铜基碳滑条的制备方法及其铜基碳滑条材料 | |
| CN110590390A (zh) | 一种冶金铸造炉用碳纤维石墨坩埚及其制备方法 | |
| CN111014696A (zh) | 一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法 | |
| CN112974774B (zh) | 一种银基复合材料及其制备方法 | |
| CN107162597A (zh) | 一种浇注成型氮化硅结合碳化硅制品的配方及其制作方法 | |
| CN103864429A (zh) | 一种铁路机车用受电弓滑板材料及其制备方法 | |
| CN107022690B (zh) | 一种通过压力浸渗铝合金制备铝/碳基复合材料的方法 | |
| CN111230126A (zh) | 一种铜基无机非金属β-Sialon陶瓷碳滑条材料制备方法 | |
| CN106086585B (zh) | 一种铜铁基制动复合材料及其制备方法 | |
| CN113336552B (zh) | 一种铝电解用低电阻率阳极炭块及其制备方法 | |
| CN105206435A (zh) | 一种梯度复合铜铬触头材料及其制备方法 | |
| CN109128185A (zh) | 一种新型电力机车粉末冶金碳滑条及其制备方法 | |
| CN109079144A (zh) | 一种铜基受电弓碳滑板及其制备方法 | |
| CN110937899B (zh) | 一种Al2O3-ZrO2碳滑板材料制备方法 | |
| CN109133926B (zh) | 一种密封石墨及其制备方法 | |
| CN112760539B (zh) | 改性钛碳化铝复合材料、制备方法及应用 | |
| CN111057960B (zh) | 一种电弧熔炼制备TiC增强铁基高熵合金复合材料的方法 | |
| CN115057692B (zh) | 一种添加钛铁合金的铝碳滑板砖及其生产方法 | |
| CN111168055A (zh) | 一种铜基氮氧化硅受电弓碳滑条材料制备方法 | |
| CN114014662B (zh) | 一种硒-石墨烯复合型等静压石墨材料及其制备方法 | |
| CN114634361A (zh) | 一种细结构各项同性等静压石墨的制备方法 | |
| CN111230097A (zh) | 一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法 | |
| CN105585324A (zh) | 晶须增韧强化碳陶瓷复合材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200417 |