Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления

Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов. В способе получения электротехнического изделия смешивают порошок естественного графита и медный порошок, в полученную смесь вводят связующее, гомогенизируют смесь и вводят поливинилацетат, смешивают и сушат полученную массу при 45°C на протяжении 20 часов. Формуют изделие холодным прессованием и проводят высокотемпературную обработку со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов. Обеспечивается получение токопроводящего материала невысокой плотности, что облегчает процесс прессования и исключает расслоение изделия. 2 н.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к области производства композиционных материалов методами порошково-обжиговой технологии и может быть использовано при производстве токопроводящих контактных вставок для электровозов, трамваев и метропоездов, а также в электротехнических изделиях бытового назначения.

Известен композиционный медно-графитовый материал и способ его изготовления (патент РФ №2088682), применяемый в качестве токосъемных щеток электроподвижного транспорта. Материал согласно изобретению имеет следующий состав в мас.%: частицы графита 6,3-60,0, по крайней мере один карбид металла IV-VI групп 15-60, медь или ее сплавы - остальное. В качестве металлов IV-VI групп используют титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден и вольфрам. Материал может дополнительно содержать пироуглерод в виде матрицы в количестве 0,6-22,2 мас.% и может дополнительно содержать короткие углеродные волокна с длиной не более 5 мм и диаметром не более 8 мкм в количестве 0,1-4,2 мас.%. Карбиды металлов IV-VI групп нанесены на частицы графита и короткие углеродные волокна в виде не образующего «несплошностей» покрытия. Частицы графита могут быть выполнены в форме плоских дисков с диаметром не более 250 мкм и толщиной 6-20 мкм. Медь или ее сплавы могут содержаться в материале в виде матрицы.

Способ получения выше описанного спеченного меднографитового материала включает смешение частиц графита, плакированных карбидом по крайней мере одного металла IV-VI групп периодической системы с порошками меди или ее сплавов, формование из готовой смеси материала путем одноосного прессования со связующим и спекание материала при температуре выше температуры плавления меди. В процессе смешения добавляют короткие углеродные волокна. После проведения процесса спекания проводят насыщение пироуглеродом для получения пироуглеродной матрицы. Предпочтительный вариант: насыщение проводится из смеси метана и водорода при 1028-1065°C при остаточном давлении 2-30 торр.

Данный материал обладает удельным электрическим сопротивлением до 14 мкОм·м, коэффициентом трения 0,16-019, прочностью на сжатие 48-110 МПа. К недостаткам данного материала можно отнести сложность процесса модифицирования поверхности графита карбидами металлов IV-VI групп Периодической таблицы, дороговизну самого процесса; высокий коэффициент трения и относительно низкое удельное электрическое сопротивление.

Наиболее близким техническим решением является материал для токопроводящих контактных изделий и способ его изготовления (патент РФ №2150444), выбранный в качестве прототипа. Материал содержит следующие компоненты, мас.%: частицы естественного графита (размером от 4 до 300 мкм) 10-90, коксовый остаток 5-20, пиролитический углерод 5-70 (как правило - в виде матрицы), при этом он выполнен прессованным и обладает текстурой графита в плоскостях, перпендикулярных направлению прессования. Он также может дополнительно содержать от 0,1 до 30 мас.% углеродных волокон длиной до 30 мм.

Способ изготовления материала включает смешение в течение 1-3 ч частиц естественного графита и связующего, формирование из готовой смеси заготовки, ее обжиг 800-1100°C в течение 0,5-1,5 ч и последующее насыщение пироуглеродом. Токопроводящее контактное изделие выполнено из этого материала и имеет плотность не более 2,2 г/см3 и интенсивность изнашивания не более 0,1-0,14 мм на 1000 км пробега токоприемника.

К недостаткам следует отнести дороговизну готового изделия, связанную со сложностью процесса насыщения пиролитическим углеродом, низкой теплопроводностью и сложностью формования изделия из-за большого количества естественного графита.

В рассмотренных способах процесс насыщения пиролитическим углеродом производится под разрежением при высокой температуре с использованием определенной газовой среды, что приводит к удорожанию процесса получения материала, а соответственно, и самого материала.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получения токопроводящего композиционного материала невысокой плотности при сохранении требуемого уровня физико-механических характеристик за счет подбора компонентов и выбора оптимального технологического режима термообработки, что приводит к снижению его стоимости.

Поставленная задача решается тем, что токопроводящий композиционный материал, содержащий естественный графит, связующее и медный порошок дополнительно содержит в качестве пластификатора поливинилацетат в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов, при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

естественный графит - 40÷55;

медный порошок - 30;

связующее на основе новолачной смолы - 30÷15.

Способ получения материала включает смешивание порошкообразных компонентов, ввод связующего, гомогенизацию и дополнительное введение поливинилацетата с последующим смешиванием и сушкой массы при 45°C на протяжении 20 часов, формованием изделия методом холодного прессования и высокотемпературной обработкой со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов.

Поливинилацетат облегчает процесс прессования и исключает расслоение в заготовке изделия за счет придания пластичности материалу. Также возможно прессование сложного изделия, так как масса при прессовании приобретает пластичность и может принимать любую форму. В случае необходимости готовое отпрессованное изделие можно подвергнуть дополнительной калибровке.

Указанный нижний предел количества добавляемого пластификатора (9%) обусловлен необходимостью создания равномерного покрытия чешуек графита при перемешивании. При содержании пластификатора меньше 9% смесь не прессуется. Верхний предел (35%) обусловлен избыточным количеством пластификатора, при котором не происходит улучшения свойств, при этом увеличиваются технические сложности процесса прессования.

Количество связующего на основе новолачной смолы рассчитывалось из того, чтобы при обжиге в изделии была сформирована прочная матрица.

Количество медного порошка в композиции определяет величину удельного электрического сопротивления. Так, при содержании в составе композиции медного порошка менее 30% удельное электрическое сопротивление не обеспечивает требуемой величины, а при содержании более 30% практически не изменяется.

Пример 1

Образец был изготовлен следующим способом.

Смешиваем порошкообразные компоненты: естественный графит - 55%, медный порошок - 30% и вводим 15% связующего на новолачной смоле. Производим гомогенизацию и вводим поливинилацетат в количестве 9,1% от суммарной массы порошкообразных компонентов. Производим смешивание и подвергаем сушке при 45°C на протяжении 20 часов. Затем формуем изделия методом холодного прессования в одноместную глухую матрицу. Давление прессования 16,5 МПа. Затем изделие подвергается термообработке со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов.

Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 13,9 мкОм·м; коэффициент трения - 0,169; прочность на сжатие - 12,5 МПа; кажущаяся плотность - 2,65 кг/см2; удельная поверхность - 6,60 м2/г.

Пример 2

Технология получения изделия аналогична описанной в примере 1 и отличается тем, что количество добавленного поливинилацетата составило 16,7% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 14,2 мкОм·м; коэффициент трения - 0,171; прочность на сжатие - 11,2 МПа; кажущаяся плотность - 2,44 г/см3; удельная поверхность - 9,87 м2/г.

Пример 3

Технология получения изделия аналогична описанной в примере 1 и отличается тем, что количество добавленного поливинилацетата составило 24,8% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 14,4 мкОм·м; коэффициент трения - 0,172; прочность на сжатие - 11,6 МПа; кажущаяся плотность - 2,24 г/см3; удельная поверхность - 12,90 м2/г.

Пример 4

Технология получения изделия аналогична описанной в примере 1 и отличается тем, что количество добавленного поливинилацетата составило 33,3% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Характеристики полученного изделия: удельное электрическое сопротивление - 14,0 мкОм·м; коэффициент трения - 0,176; прочность на сжатие - 12,4 МПа; кажущаяся плотность - 1,86 г/см3; удельная поверхность - 25,43 м2/г.

Полученный материал обладает развитой удельной поверхностью, позволяющей при необходимости дополнительно модифицировать изделие под конкретные нужды. Благодаря естественному графиту коэффициент трения по стальному и медному контртелу находится в пределах 0,16÷0,17, линейный износ за 12 часов составляет 1,47 мкм и при увеличении тока изменяется незначительно. Плотность материала сильно зависит от количества добавленного пластификатора и находится в пределах от 1,8 до 2,6 г/см3. Температура, при которой начинается процесс окисления композиции кислородом воздуха, превышает имеющиеся аналоги более чем на 100°C и составляет порядка 630-670°C. Это позволяет эксплуатировать данные электротехнические изделия при повышенной температуре окружающей среды. Данная технология является экологически безопасной, поскольку не содержит вредных веществ, и технически простой, что говорит о дешевизне получаемой продукции.

1. Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, содержащего порошок естественного графита, связующее и медный порошок, формованием методом холодного прессования, отличающееся тем, что токопроводящий композиционный материал дополнительно содержит поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов, а в качестве связующего содержит связующее на основе новолачной смолы при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

естественный графит 40÷55
медный порошок 30
связующее на основе новолачной смолы 30÷15

2. Способ изготовления электротехнического изделия по п. 1, заключающийся в том, что смешивают порошок естественного графита и медный порошок, в полученную смесь вводят связующее, гомогенизируют смесь и вводят поливинилацетат, смешивают и сушат полученную массу при 45°C на протяжении 20 часов, после чего формуют изделия холодным прессованием и проводят высокотемпературную обработку со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к маточной смеси в твердой агломерированной форме для электродов литий-ионных батарей или суперконденсаторов, способу получения такой маточной смеси, концентрированной маточной смеси, способу изготовления электрода, электроду, полученному таким способом, способу изготовления активного композитного материала для электрода, активному композитному материалу для электрода, полученному таким способом, и применению маточной смеси.

Изобретение к электропроводным тонким пленкам с высокой термостойкостью. Электропроводные тонкопленочные металлические структуры с температурами длительной эксплуатации 300°C и выше представляют значительный практический интерес в ряде технических областей применения, например, таких как элементы на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к электрическому проводу и электрическому проводу с контактным наконечником, способному уменьшить регулировку высоты обжатия. Предусмотрен электрический провод 1, включающий в себя проводящую часть 11, которая выполнена из дисперсно-упрочненного медного сплава с площадью поперечного сечения сечением 0,13 квадрата по стандарту ISO 6722 и подвергнута сжатию, причем проводящая часть 11 имеет степень удлинения 7% или более и предел прочности на растяжение 500 МПа или более.

Изобретение относится к поливинилсульфоновой кислоте, используемой в качестве легирующей высокомолекулярной добавки, к способу получения поливинилсульфоновой кислоты, к композиту, к вариантам дисперсии, к вариантам способа получения дисперсии, а также к вариантам электропроводного слоя.

Изобретение относится к области электротехники, а термореактивный полимерный «электроактивный» материал может найти широкое применение при создании преобразователей внешнего воздействия физических полей в электрический сигнал.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке электролитов для химических источников тока. Состав электролита включает по крайней мере одну соль электролита и растворитель, где в качестве соли электролита содержится литиевая соль додецилбензолсульфоновой кислоты в количестве 25-55% (мас.) и в качестве растворителя содержится вода 75-45% (мас.) либо натриевая соль додецилбензолсульфоновой кислоты в количестве 70-88% (мас.) и вода 30-12% (мас.).

Изобретение относится к изделию, а именно к силовому кабелю, включающему полупроводниковый слой, содержащий полупроводниковую полиолефиновую композицию. Композиция содержит графеновые нанопластинки, где средняя толщина графеновых нанопластинок находится в диапазоне от 1 нм до 50 нм, а их боковой диаметр составляет 200 мкм или менее, и олефиновую полимерную смолу основы.
Изобретение относится к способу получения электропроводящих эластомерных металлсодержащих композиций. Способ включает введение формиата меди в этиленпропиленовый каучук и последующее высокоскоростное термическое разложение формиата меди в каучуке.
Изобретение относится к технологии получения проводов контактной сети из дисперсионно-твердеющего сплава, а также к самим проводам и может быть, в частности, использовано для высокоскоростного железнодорожного транспорта.
Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике. Алюминиевая паста для кремниевых солнечных элементов включает частицы порошка алюминия, органическое связующее и стеклофритту, причем в пасте используют мелкодисперсный алюминиевый порошок, частицы которого имеют сферическую форму, причем используется сочетание алюминиевых порошков со средним размером частиц D50 не более 3,0 мкм и 4,0-6,0 мкм в соотношении (10:50):(90:50) соответственно, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: алюминиевый порошок 70-80; органическое связующее 15-30; стеклофритта 0-5.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению пористых металлических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может использоваться в медицинской имплантологии.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению высокотемпературных композиционных материалов на основе ниобия с оксидным упрочнением.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству деформируемых автоматных сплавов на основе алюминия, содержащих магний и свинец. Способ включает загрузку в печь и расплавление всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, после чего расплав перемешивают, рафинируют, отстаивают и кристаллизуют.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на магниевой основе и способам их получения. Способ получения сплава на магниевой основе включает обеспечение расплава магния или магниевого сплава, добавление 0,01-30 мас.% оксида щелочноземельного металла на поверхность расплава, поверхностное перемешивание в течение от 1 секунды до 60 минут на 0,1 мас.% добавленного оксида щелочноземельного металла с обеспечением его диссоциации и частичного расходования, обеспечение возможности взаимодействия щелочноземельного металла, полученного в результате расходования оксида щелочноземельного металла, с магнием и/или легирующим элементом в магниевом сплаве с получением интерметаллического соединения, удаление оксида щелочноземельного металла, остающегося после реакции, вместе со шлаком, разливку и кристаллизацию.
Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к производству платины или платинородиевых сплавов, упрочненных дисперсными оксидными частицами, и может быть использовано при изготовлении стеклоплавильных аппаратов (СПА) и фильерных питателей (ФП), эксплуатируемых в агрессивных средах в условиях высоких температур.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при выплавке сплавов для литья лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе никеля включает перемешивание порошков для приготовления матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного сплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам для изготовления штамповочного инструмента. Пуансон из цементированного карбида для изготовления металлических банок для напитков.

Изобретение относится к получению литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава для изготовления деталей сложной формы. Расплавляют основу, вводят в нее композицию, включающую армирующие частицы Аl2О3, на поверхности которых механической активацией предварительно сформирован слой Аl, и разливают в форму.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, полученным без вреда для окружающей среды и имеющим отличную устойчивость к окислению. Способ получения продукта из алюминиевого сплава включает получение магниевой лигатуры путем введения в расплав магния частиц на основе Ca размером 0,1-500 мкм в количестве 0,001-30 мас.%, введение полученной лигатуры в расплав алюминия в количестве 0,0001-30 мас.
Изобретение относится к изготовлению электроугольных изделий. Готовят порошковую композицию путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, проводят горячее прессование полученной порошковой композиции и поэтапную ее термообработку с нагревом и последующей выдержкой при конечной температуре.

Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас. порошка естественного графита, 30÷15 мас. связующего на основе новолачной смолы, 30 мас. медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас. от суммарной массы порошкообразных компонентов. В способе получения электротехнического изделия смешивают порошок естественного графита и медный порошок, в полученную смесь вводят связующее, гомогенизируют смесь и вводят поливинилацетат, смешивают и сушат полученную массу при 45°C на протяжении 20 часов. Формуют изделие холодным прессованием и проводят высокотемпературную обработку со скоростью нагрева 1,5°Cмин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов. Обеспечивается получение токопроводящего материала невысокой плотности, что облегчает процесс прессования и исключает расслоение изделия. 2 н.п. ф-лы, 4 пр.

Наверх