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1、用镀铜石墨粉制备碳刷的研究第22巷第4期2009年8月四川~/S--学院(自然科学版)JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)Vo1.22No.4Aug.2009文章编号:1673—1549(2009)04-0113-04用镀铜石墨粉制备碳刷的研究田建华,陈建,李春林,夏立博(四川理工学院材料与化学工程学院,四川自贡643000)摘要:文章采用了镀铜石墨粉制成碳,g'l'/L样,分析了镀铜石墨复合碳刷的微观结构,体积密度,电阻率等性能,最后讨论了外加石墨粉
2、及改性酚醛树脂时试样的性能.实验结果表明,镀铜石墨粉制备的碳刷综合性能明显优于石墨粉与铜粉直接混合制备的碳刷.关键词:镀铜石墨粉;碳刷,复合材料中图分类号:TQO31文献标识码:A引言1实验受电弓滑板是电力机车获得动力来源的重要集电元件,滑板材料在力学性能,电性能,磨损性能等方面都有相当严格的要求.带有润滑功能的铜基粉末冶金滑板强度较好,表面硬度适中,滑板和导线的磨损比较匹配是滑板材料的发展趋势之一.随着科技的飞速发展,对电刷的要求也愈加苛刻.制造金属石墨电刷的传统方法是使用铜粉和石墨粉,经过混料一压型一烧结及机械加工等工序制得.但是,在传统铜石墨材料中,铜呈孤
3、立岛屿状分布,不利于铜导电性的发挥,又恶化了铜石墨材料的滑动磨损性能.金属组分如能连接成连续的三维网络,并保持石墨颗粒均匀分布在网络之间,将能更有效地利用金属石墨材料中金属的导电性和石墨的润滑性,则可制取碳含量高,强度高,导电性好的铜石墨复合材料.正因如此,用镀铜石墨粉制备铜基石墨复合材料一直是人们研究的热点.我们在实验中先将石墨粉表面(按铜与石墨的质量比为1)镀覆一层连续的铜,然后在氢气气氛中进行干燥处理制得镀铜石墨粉,再采用用镀铜石墨粉结合特殊工艺制得镀铜石墨复合碳刷试样,并进行了性能检测.实验表明镀铜石墨复合碳刷中的铜能形成连续的三维网络结构,且所制得的碳
4、刷制品具有碳含量高,强度高,导电性和耐磨性好等优点.将镀铜石墨粉(石墨粉为四川自贡东兴电碳厂生产的320目人造石墨)在IOOMPa的压力下进行压制,然后后在氢气还原气氛中以每小时IO0~C的升温至速率升温至800oC对制品进行烧结制得镀铜石墨复合碳刷.2结果与分析2.1镀铜铜/石墨复合碳刷显微构分析如图1所示是将所得的镀铜石墨粉压制成型并烧结后制成碳含量为50%的镀铜铜/石墨复合碳刷的金相照片图,图中铜层已产生了部分的球化和聚集,但基本上保持了较为均匀连续的三维网络结构.实验表明随碳含量继续增加,铜在石墨粉上的镀铜层也越来越薄,图1镀铜石墨复合碳刷的金相照片20
5、0X收稿日期:2009-03.11作者简介:田建华(1975一),男,湖南常德人,硕士生,主要从事新型碳材料方面的研究.114四川理工学院(自然科学版)2009年8月分析认为由于铜石墨之间有较高的界面能,高温烧结时铜层会自发产生球化和聚集,以降低制品的界面能,碳含量越高,铜含量越少,铜的三维连续网状结构破坏也越严重,特别是高于70%时,镀铜铜/石墨复合碳刷中的铜难以再形成连续的三维网状结构.实验表明制作铜/石墨复合材料时,一般用金属熔点的2/3至4/5进行烧结,否则会产生偏析现象.当我们以镀铜石墨粉为原料制作铜/石墨复合碳刷可以使铜形成连续的三维网络而以铜,石墨
6、粉为原料机械混合制作的普通铜/石墨复合碳刷易产生偏析现象.2.2镀铜铜/石墨复合碳刷密度分析图2是镀铜石墨复合碳刷与普通铜/石墨复合碳刷(铜粉与石墨粉及酚醛树脂通过机械混合制作而成的碳刷)的体积密度随碳的质量百分含量变化而变化的趋势图.碳的质量百分含量)图2制品的体积密度由图2可以知道烧结后普通铜铜/石墨复合碳刷及镀铜石铜/墨复合碳刷随碳含量的增加,体积密度的变化情况.两种复合材料都是随着碳含量的增加,体积密度逐渐下降.分析认为,由于石墨的密度低于铜的密度,所以碳含量越高,制品的体积密度越小.在相同碳含量下,镀铜石墨复合材料的密度低于普通铜/石墨复合材料.由于两
7、种复合材料采用相同的冶金工艺,密度降低主要是由于成型烧结时试样烧结收缩较小而膨胀较大所致.在低含碳量下,由于成型时需要外加树脂的量较小,树脂分解产生的气体的量较少,膨胀较小,密度相差也不大,碳含量为10%时,体积密度相差0.06g/cm,而随碳含量的增加,需要粘结剂的量更多,引起的膨胀越大,密度相差也越大,碳含量为50%时,密度相差达到了0.22e,/em.在铜石墨复合材料的冶金工艺中,镀铜石墨压坯会滞留大量的空气,压制后产生弹性膨胀.烧结时,压坯中形成的闭气孔,烧结形成的闭气孔中的气体以及烧结时树脂分解产生的气体因为烧结温度的升高产生膨胀.随着碳含量的继续增加
8、,铜很难再形成连续的三维
