本发明涉及碳化条制备技术领域，更具体而言，涉及一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法。
背景技术：
铜包石墨粉是一种新型的多相复合的粉末冶金材料，它性能独特，已广泛应用于机械制造、电力机车等行业。
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。
受电弓碳滑板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板分为三种：粉末冶金滑板、纯碳滑板、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。
铜包石墨粉的主要工艺有化学镀法和电沉积法，本专利是利用沉积法制备铜包石墨粉，再利用其制备受电弓碳滑条材料，使其具有抗热性强、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。利用其制备的碳滑板各项性能指标满足国标要求，且工艺简单、效率高。
技术实现要素：
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种利用铜包石墨粉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。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，包括以下步骤：
s1、铜包石墨粉的制备
（1）原料：cuso4、ch3cooh、浓h2so4、nah2po2·h2o、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉；
（2）镀液配制：将cuso4、ch3cooh、浓h2so4、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉混合制得电镀液；
（3）镀剂添加：将次亚磷酸钠加入到步骤（2）电镀液中，其与电镀液比为30:70，镀液温度60℃；
（4）超声搅拌：采用20khz超声处理镀液中，阴极电流密度30a/dm3，电解液流速12dm3/min；
（5）烘干：将超声搅拌后的材料在烘炉中以50-100℃的温度进行烘烤；
（6）磨粉：将烘干后的铜包石墨粉进行碾磨；
s2、预热：将s1中制备的铜包石墨粉和碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为60-120min；
s3、研磨：将预热后的铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉进行研磨，研磨转速为350～600r/min；
s4、一次干混：将研磨后的铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～3h；混捏后粉料自然冷却至常温；
s5、二次干混：在一次干混后的原料中加入沥青焦继续混捏，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；
s6、湿混：将二次料混粉后的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；
s7、模压成型：将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板初胚进行冷却处理；
s8、一次焙烧：将预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体，焙烧温度为20℃-1250℃，焙烧后自然冷却后；
s9、浸铜：将焙烧品称重后置入石墨坩埚中，通过预热炉进行预热，在预热炉中坩埚加热的过程中，准备金属融化，通电前检查电路、水路是否畅通；将准备好的铜放入到融化池中，开始通电，将电流调至220a，通电2小时后铜化为液体符合浸金属要求，将熔融金属进行超声波处理，超声频率为100hz，超声功率为0-100w，超声时间为10-30min；
将坩埚从预热炉中拉出，放置在融化池下，将融化好的金属溶液倒入装有碳条的高温坩埚中，将高温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即可，增重率为33-35%；
s10、二次焙烧：将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，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；
s11、烧结：碳滑条材料放入烧结炉中，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；
s12、后续处理：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，所述铜包石墨粉的粒度d50为1-10μm；所述碳化硅粉的粒度d50为1-20μm、密度3.2g/cm3；所述铜粉的粒度d50为1-30μm；所述纳米碳粉的粒度d50为1-40μm；所述特种石墨粉的粒度d50为1-50μm，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%；所述沥青焦的粒度d50为1-60μm；真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、挥发份≤0.5%；所述粘结剂改质煤沥青的软化点为105-120℃，结焦值为≥58%，灰分≤0.30%。
进一步地，所述浸渍剂液态铜为99%纯铜。
进一步地，所述铜包石墨粉的粒度d50为1-3μm占其重量的20%；粒度d50为3-5μm占其重量的30%；粒度d50为5-8μm占其重量的30%，粒度d50为8-10μm占其重量的20%；
所述碳化硅粉的粒度d50为1-5μm占其重量的15%；粒度d50为5-10μm占其重量的35%；粒度d50为10-15μm占其重量的35%；粒度d50为15-20μm占其重量的15%；
所述粉料铜粉的粒度d50为1-5μm占其重量的10%；粒度d50为5-10μm占其重量的20%；粒度d50为10-15μm占其重量的20%；粒度d50为15-20μm占其重量的20%；粒度d50为20-25μm占其重量的20%；粒度d50为25-30μm占其重量的10%；
所述粉料纳米碳粉的粒度d50为1-10μm占其重量的25%；粒度d50为10-20μm占其重量的25%；粒度d50为20-30μm占其重量的25%；粒度d50为30-40μm占其重量的25%。
所述粉料特种石墨粉的粒度d50为1-10μm占其重量的10%；粒度d50为10-20μm占其重量的20%；粒度d50为20-30μm占其重量的25%；粒度d50为30-40μm占其重量的25%；粒度d50为40-50μm占其重量的20%；
所述沥青焦的粒度d50为1-10μm占其重量的10%；粒度d50为10-20μm占其重量的20%；粒度d50为20-30μm占其重量的20%；粒度d50为30-40μm占其重量的20%；粒度d50为40-50μm占其重量的20%；粒度d50为50-60μm占其重量的10%；
进一步地，所述cuso4、ch3cooh、浓h2so4、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉重量比为25:20:10:20:25。
进一步地，所述一次混粉为铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉的混合料，其重量比为8:12:20:25:35。
进一步地，所述二次混粉为一次混合料与沥青焦的混合料，其重量比为65:35。
进一步地，所述湿混为混合料与粘结剂的混合物，其重量比为70:30-75:25。
进一步地，所述混捏机上设置有自动报警装置，自动报警装置用于设定时间到达时进行报警；混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃。
进一步地，所述s8中焙烧升温程序为：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。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明提供了一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，骨料沥青焦；粉料铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉；粘结剂为改质煤沥青；浸渍剂为液态铜。通过在原料沥青焦中加入铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉等，与原料中的其他材料相融合，可以补充成品碳滑板的机械强度，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、浸铜工艺、最后烧结炭化处理，可以增加碳滑条材料的密度和强度。其体积密度≤4.0g/cm3、抗折强度≥150、抗压强度≥250、冲击韧性≥0.3j/cm2、20℃电阻率≤6µω·m、洛氏硬度（hbs）≤110。
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。
一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，包括以下步骤：
s1、铜包石墨粉的制备
（1）原料：cuso4、ch3cooh、浓h2so4、nah2po2·h2o、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉；
（2）镀液配制：将cuso4、ch3cooh、浓h2so4、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉混合制得电镀液；
（3）镀剂添加：将次亚磷酸钠加入到步骤（2）电镀液中，其与电镀液比为30:70，镀液温度60℃；
（4）超声搅拌：采用20khz超声处理镀液中，阴极电流密度30a/dm3，电解液流速12dm3/min；
（5）烘干：将超声搅拌后的材料在烘炉中以50-100℃的温度进行烘烤；
（6）磨粉：将烘干后的铜包石墨粉进行碾磨；
s2、预热：将s1中制备的铜包石墨粉和碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为60-120min；
s3、研磨：将预热后的铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉进行研磨，研磨转速为350～600r/min；
s4、一次干混：将研磨后的铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～3h；混捏后粉料自然冷却至常温；
s5、二次干混：在一次干混后的原料中加入沥青焦继续混捏，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；
s6、湿混：将二次料混粉后的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；
s7、模压成型：将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板初胚进行冷却处理；
s8、一次焙烧：将预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体，焙烧温度为20℃-1250℃，焙烧后自然冷却后；
s9、浸铜：将焙烧品称重后置入石墨坩埚中，通过预热炉进行预热，在预热炉中坩埚加热的过程中，准备金属融化，通电前检查电路、水路是否畅通；将准备好的铜放入到融化池中，开始通电，将电流调至220a，通电2小时后铜化为液体符合浸金属要求，将熔融金属进行超声波处理，超声频率为100hz，超声功率为0-100w，超声时间为10-30min；
将坩埚从预热炉中拉出，放置在融化池下，将融化好的金属溶液倒入装有碳条的高温坩埚中，将高温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即可，增重率为33-35%；
s10、二次焙烧：将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，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；
s11、烧结：碳滑条材料放入烧结炉中，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；
s12、后续处理：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，所述铜包石墨粉的粒度d50为1-10μm；所述碳化硅粉的粒度d50为1-20μm、密度3.2g/cm3；所述铜粉的粒度d50为1-30μm；所述纳米碳粉的粒度d50为1-40μm；所述特种石墨粉的粒度d50为1-50μm，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%；所述沥青焦的粒度d50为1-60μm；真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、挥发份≤0.5%；所述粘结剂改质煤沥青的软化点为105-120℃，结焦值为≥58%，灰分≤0.30%。
在本实施例中，所述浸渍剂液态铜为99%纯铜。
在本实施例中，所述铜包石墨粉的粒度d50为1-3μm占其重量的20%；粒度d50为3-5μm占其重量的30%；粒度d50为5-8μm占其重量的30%，粒度d50为8-10μm占其重量的20%；
所述碳化硅粉的粒度d50为1-5μm占其重量的15%；粒度d50为5-10μm占其重量的35%；粒度d50为10-15μm占其重量的35%；粒度d50为15-20μm占其重量的15%；
所述粉料铜粉的粒度d50为1-5μm占其重量的10%；粒度d50为5-10μm占其重量的20%；粒度d50为10-15μm占其重量的20%；粒度d50为15-20μm占其重量的20%；粒度d50为20-25μm占其重量的20%；粒度d50为25-30μm占其重量的10%；
所述粉料纳米碳粉的粒度d50为1-10μm占其重量的25%；粒度d50为10-20μm占其重量的25%；粒度d50为20-30μm占其重量的25%；粒度d50为30-40μm占其重量的25%。
所述粉料特种石墨粉的粒度d50为1-10μm占其重量的10%；粒度d50为10-20μm占其重量的20%；粒度d50为20-30μm占其重量的25%；粒度d50为30-40μm占其重量的25%；粒度d50为40-50μm占其重量的20%；
所述沥青焦的粒度d50为1-10μm占其重量的10%；粒度d50为10-20μm占其重量的20%；粒度d50为20-30μm占其重量的20%；粒度d50为30-40μm占其重量的20%；粒度d50为40-50μm占其重量的20%；粒度d50为50-60μm占其重量的10%；
在本实施例中，所述cuso4、ch3cooh、浓h2so4、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉重量比为25:20:10:20:25。
在本实施例中，所述一次混粉为铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉的混合料，其重量比为8:12:20:25:35。
在本实施例中，所述二次混粉为一次混合料与沥青焦的混合料，其重量比为65:35。
在本实施例中，所述湿混为混合料与粘结剂的混合物，其重量比为70:30-75:25。
在本实施例中，所述混捏机上设置有自动报警装置，自动报警装置用于设定时间到达时进行报警；混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃。
在本实施例中，所述s8中焙烧升温程序为：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。
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。
1.一种利用铜包石墨粉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、铜包石墨粉的制备
（1）原料：cuso4、ch3cooh、浓h2so4、nah2po2·h2o、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉；
（2）镀液配制：将cuso4、ch3cooh、浓h2so4、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉混合制得电镀液；
（3）镀剂添加：将次亚磷酸钠加入到步骤（2）电镀液中，其与电镀液比为30:70，镀液温度60℃；
（4）超声搅拌：采用20khz超声处理镀液中，阴极电流密度30a/dm3，电解液流速12dm3/min；
（5）烘干：将超声搅拌后的材料在烘炉中以50-100℃的温度进行烘烤；
（6）磨粉：将烘干后的铜包石墨粉进行碾磨；
s2、预热：将s1中制备的铜包石墨粉和碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉分别在200-300℃的预热炉中预热，预热时间为60-120min；
s3、研磨：将预热后的铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉进行研磨，研磨转速为350～600r/min；
s4、一次干混：将研磨后的铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉混捏，混捏温度为150℃～250℃，混捏时间为1～3h；混捏后粉料自然冷却至常温；
s5、二次干混：在一次干混后的原料中加入沥青焦继续混捏，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；
s6、湿混：将二次料混粉后的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；
s7、模压成型：将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板初胚进行冷却处理；
s8、一次焙烧：将预成型的生坯装入焙烧炉中进行焙烧得到第一次坯体，焙烧温度为20℃-1250℃，焙烧后自然冷却后；
s9、浸铜：将焙烧品称重后置入石墨坩埚中，通过预热炉进行预热，在预热炉中坩埚加热的过程中，准备金属融化，通电前检查电路、水路是否畅通；将准备好的铜放入到融化池中，开始通电，将电流调至220a，通电2小时后铜化为液体符合浸金属要求，将熔融金属进行超声波处理，超声频率为100hz，超声功率为0-100w，超声时间为10-30min；
将坩埚从预热炉中拉出，放置在融化池下，将融化好的金属溶液倒入装有碳条的高温坩埚中，将高温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即可，增重率为33-35%；
s10、二次焙烧：将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，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；
s11、烧结：碳滑条材料放入烧结炉中，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；
s12、后续处理：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。
2.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述铜包石墨粉的粒度d50为1-10μm；所述碳化硅粉的粒度d50为1-20μm、密度3.2g/cm3；所述铜粉的粒度d50为1-30μm；所述纳米碳粉的粒度d50为1-40μm；所述特种石墨粉的粒度d50为1-50μm，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%；所述沥青焦的粒度d50为1-60μm；真密度≥2.13g/cm3，灰分≤0.25%、含硫量≤0.3%、挥发份≤0.5%；所述粘结剂改质煤沥青的软化点为105-120℃，结焦值为≥58%，灰分≤0.30%。
3.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述浸渍剂液态铜为99%纯铜。
4.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述cuso4、ch3cooh、浓h2so4、十二烷基苯磺酸钠、特种石墨粉重量比为25:20:10:20:25。
5.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述一次混粉为铜包石墨粉、碳化硅、铜、纳米碳粉、特种石墨粉的混合料，其重量比为8:12:20:25:35。
6.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述二次混粉为一次混合料与沥青焦的混合料，其重量比为65:35。
7.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述湿混为混合料与粘结剂的混合物，其重量比为70:30-75:25。
8.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于：所述混捏机上设置有自动报警装置，自动报警装置用于设定时间到达时进行报警；混捏机内部的温度设置为160-220℃和120-170℃。
9.根据权利要求1所述的一种利用铜包石墨粉制备受电弓碳滑条材料的方法，其特征在于，所述s8中焙烧升温程序为：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。
技术总结