一种双组分碳刷的制备方法与流程

本发明属于新型碳材料领域，尤其涉及一种双组分碳刷的制备方法。

背景技术：

1、碳刷也叫电刷，作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用。碳刷的作用主要是对金属磨擦的同时导电，它不像金属对金属磨擦导电时一样；金属对金属磨擦导电时，磨擦力可能会增大，同时交接的地方可能会烧结在一起；而碳刷则不会，因为碳和金属是两种不同的元素。它的用途多半都用在电动机上，型状是多种多样的，有方的有圆的等等。

2、碳刷的材质主要有石墨、浸脂石墨、金属(含铜、银)石墨等。碳刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，它一般是纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上，电机转动的时候，将电能通过换相器输送给线圈。当碳刷由于摩擦升温时，碳刷本身的润滑性能下降，使温度进一步提高。此外，由于石墨和粘结剂之间的性能差异及工艺上的不完善，使得石墨碳刷的性能受到影响，不能满足某些环境的要求。同时存在着适当电阻率和优良摩擦磨损及较好的换向性能不能协调统一的矛盾，不能很好的满足实际需求。

技术实现思路

1、鉴于目前碳刷存在的上述问题，本发明旨在提供一种双组分碳刷及其制备方法，能够均衡碳刷的电阻率、摩擦性和换向性能。

2、一种双组分碳刷，所述碳刷的原料按质量比2～4：5包括材料a和材料b；所述材料a为低电阻材料、所述材料b为高电阻材料；所述低电阻材料含有单层石墨烯，所述高电阻材料含有双层石墨烯和竹炭纤维。

3、进一步的，所述材料a的制备：取单层石墨烯、铜粉、锡粉分别用等离子体进行处理；经过处理后单层石墨烯、铜粉、锡粉混合，得混合料，在混合料中加入粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结。

4、进一步的，所述材料b的制备：取双层石墨烯、竹炭纤维进行球磨，再加入铜粉、锡粉、粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结。

5、进一步的，所述粘结剂为酚醛树脂和环氧树脂按质量比4～8：1的组合。

6、一种双组分碳刷的制备方法，碳刷的制备方法包括如下步骤：

7、(1)按质量份数计，取30～40份单层石墨烯、30～40份铜粉、20～30份锡粉分别用等离子体进行处理；将经过处理后单层石墨烯、铜粉、锡粉混合，得混合料，在混合料中加入混合料质量10～15％的粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结，得材料a；

8、(2)按质量份数计，取30～40份双层石墨烯、12～20份竹炭纤维进行球磨，再加入同前质量份数计的30～40份铜粉、12～20份锡粉、10～15份粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结，得材料b；

9、(3)将制得的材料a和材料b贴合真空压制，压缩至两部分等体积等尺寸，再进行二次烧结，即得双组分碳刷。

10、进一步的，所述步骤(1)中的等离子体处理的条件：氮气氛围下，将气压调整至50-70pa，处理功率为100-150w，处理时间为1-5min。

11、进一步的，所述步骤(1)、(2)中的一次烧结的温度为500～650℃，氮气气氛下，保温1～2h。

12、进一步的，所述步骤(3)中的二次烧结的条件为：温度为500～650℃，氮气和氢气按体积比3～5：1混合气氛下，保温1～2h。

13、进一步的，所述步骤(2)中的球磨条件为：以双层石墨烯、竹炭纤维质量和的70～80％的无水乙醇为介质，300～500r/min球磨1～3h。

14、与现有技术相比，本发明的优势在于：

15、本发明公开的双组分碳刷，提供了一侧高电阻、一侧低电阻相结合的新方案，低电阻一侧采用经过活化的单层石墨烯、铜粉、锡粉为主要原料，只包含一个碳原子层的石墨烯结构(单层石墨烯)，有利于明显降低电阻、提高该侧的稳定性，高电阻一侧采用双层石墨烯、竹炭纤维相结合的方案，其中双层石墨烯即两层碳原子排列成六角形晶格结构的石墨烯，两层石墨烯结构之间存在范德华力，带有蜂窝状微孔结构的竹炭纤维又分散其中，很大程度上提高了电阻率，并且，在一定温度下，双层石墨烯的电阻率会出现奇偶性变化，结合低电阻单层石墨烯侧，那个便于换向性能的发挥，使得低-高电阻形成体系运作，自润滑入性能好，整体抑止火花能力强，使碳刷的运行得到改善。

技术特征：

1.一种双组分碳刷，其特征在于，所述碳刷的原料按质量比2～4：5包括材料a和材料b；所述材料a为低电阻材料、所述材料b为高电阻材料；所述低电阻材料含有单层石墨烯，所述高电阻材料含有双层石墨烯和竹炭纤维。

2.根据权利要求1所述的双组分碳刷，其特征在于，所述材料a的制备：取单层石墨烯、铜粉、锡粉分别用等离子体进行处理；经过处理后单层石墨烯、铜粉、锡粉混合，得混合料，在混合料中加入粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结。

3.根据权利要求1所述的双组分碳刷，其特征在于，所述材料b的制备：取双层石墨烯、竹炭纤维进行球磨，再加入铜粉、锡粉、粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结。

4.根据权利要求2或3所述的双组分碳刷，其特征在于，所述粘结剂为酚醛树脂和环氧树脂按质量比4～8：1的组合。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述的双组分碳刷的制备方法，其特征在于，所述碳刷的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的双组分碳刷的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的等离子体处理的条件：氮气氛围下，将气压调整至50-70pa，处理功率为100-150w，处理时间为1-5min。

7.根据权利要求5所述的双组分碳刷的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)中的一次烧结的温度为500～650℃，氮气气氛下，保温1～2h。

8.根据权利要求5所述的双组分碳刷的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的二次烧结的条件为：温度为500～650℃，氮气和氢气按体积比3～5：1混合气氛下，保温1～2h。

9.根据权利要求5所述的双组分碳刷的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的球磨条件为：以双层石墨烯、竹炭纤维质量和的70～80％的无水乙醇为介质，300～500r/min球磨1～3h。

技术总结本发明属于新型碳材料领域，公开了一种双组分碳刷及其制备方法。本发明公开的碳刷的原料按质量比2～4：5包括材料A和材料B；材料A为低电阻材料、材料B为高电阻材料；低电阻材料含有单层石墨烯，高电阻材料含有双层石墨烯和竹炭纤维。碳刷的制备方法包括如下步骤：取单层石墨烯、铜粉、锡粉分别用等离子体进行处理；经过处理后单层石墨烯、铜粉、锡粉混合，得混合料，在混合料中加入粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结，得材料A；取双层石墨烯、竹炭纤维进行球磨，再加入铜粉、锡粉、粘结剂混合，在预定压力下压制成胚体，进行一次烧结；将制得的材料A和材料B贴合真空压制，压缩，二次烧结，即得双组分碳刷。技术研发人员：李建华,蒯伟受保护的技术使用者：江苏愿景宏科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17