專利名稱：超高載流密度電刷及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于額定電流密度達(dá)45A/cm2的超高載流密度電刷及其制造方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有1996年9月25申請的，申請?zhí)枮?6119820.6、公開號為CN1152809A、名稱為“鍍銅碳纖維金屬石墨復(fù)合電刷及其制造方法”的中國發(fā)明專利申請，提供一種高載流密度電刷，其載流密度可達(dá)25～35A/cm2。它是以銅錫石墨為基體，外加入0.05～0.8wt％長度為0.3～6mm的短切鍍銅碳纖維，經(jīng)混合、加壓成型并燒結(jié)而成。該電刷耐磨損強(qiáng)，滑動(dòng)接觸性好，高載流密度。但不適合于要求超高載流密度的場合。美國斯塔克波爾公司產(chǎn)品樣本記載，牌號為SM476的銀電刷，其載流密度可達(dá)46.5A/cm2，但由于基體為銀，一是制造成本極高，二是磨損值很大，故很難能夠?qū)嶋H應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于低電壓，超高載流密度場合使用，易于加工制造、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的超高載流密度電刷及其制造方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)一樣是由金屬石墨質(zhì)基體中外加入微量鍍金屬碳纖維，經(jīng)混合、加工成型并燒結(jié)而成的，其特征在于鍍金屬碳纖維外加入含量按重量計(jì)為0.08～0.5wt％，鍍金屬碳纖維為鍍銀碳纖維，或者為鍍銀碳纖維和鍍銅碳纖維的混合。外加入的鍍銀碳纖維含量/鍍銅碳纖維含量＝1.5～2.5。按重量百分比計(jì)，可以設(shè)計(jì)為外加入鍍銀碳纖維0.06～0.30wt％，鍍銅碳纖維0.03～0.15wt％。鍍銀碳纖維、鍍銅碳纖維的平均線徑為6～12μm，鍍層厚度為6～12μm。金屬石墨質(zhì)基體為銅銀石墨質(zhì)基體，按重量百分比計(jì)，其成份為≥99.5％的電解銅粉70～80wt％，銀含量≥99.9％的銀粉10～25wt％，碳含量≥95％的石墨粉5～10wt％。
這種超高載流密度電刷的制造方法是包括混合、加壓成型和燒結(jié)工藝，其特點(diǎn)是在金屬石墨基體中外加入0.08～0.5wt％的長度為0.1～0.3mm的短切鍍金屬碳纖維作為原料，將原料混合均勻，在196～392MPa下壓制成型后，在非氧化性氣氛中燒結(jié)，最終燒成溫度為750～880℃。原料中的金屬石墨質(zhì)基體為銅銀石墨質(zhì)基體，按重量百分比計(jì)，其組成為200目銅含量≥99.5％的銅粉70～80wt％，200目銀含量≥99.9％的銀粉10～25wt％，325目碳含量≥95％的石墨粉5～10wt％。
本發(fā)明由于在電刷基體中引入了導(dǎo)電性能優(yōu)異的銀粉并外加入鍍金屬碳纖維，從而極大程度地降低了電刷基體的電阻率，使電刷的載流能力得以充分提高，同時(shí)適量的石墨粉與鍍金屬碳纖維使集電器表面的氧化膜易達(dá)到平衡。經(jīng)試驗(yàn)表明，銀粉的加入量在10～25wt％范圍內(nèi)為宜，低于10wt％時(shí)，電阻率降低不明顯，高于25wt％則基體耐磨性降低，同時(shí)制造成本太高，最好在12～16wt％之間；鍍金屬碳纖維的加入量以在0.08～0.5％(wt)之間為好，低于0.08wt％時(shí)電刷的耐磨性不理想，且在高電流密度下，氧化膜不能較好的處于平衡狀態(tài)，而高于0.5wt％，則摩擦系數(shù)增大，且制造成本有較大幅度地提高。短切鍍金屬碳纖維的長度為0.1～3.0mm為宜，這樣能便于混勻及材質(zhì)的均一性。為使材料的導(dǎo)電性能得以充分發(fā)揮，基體中引入了鍍銀碳纖維，但為了降低成本同時(shí)添加入了部分鍍銅碳纖維。兩者之間的外加入量比例為2∶1為最佳。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明的基體中引入導(dǎo)電性能優(yōu)異的銀粉，并外加入鍍銀碳纖維，從而使其具有超高載流密度性能，其電阻率≤0.10Ωmm2/m，載流密度可達(dá)45～50A/cm2，與現(xiàn)有具有超載流能力的銀電刷相比，具有耐磨損，使用壽命長，易于加工制造，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1將200目銅含量≥99.5％的電解銅粉70wt％，200目銀含量≥99.9％的銀粉25wt％，325目碳含量≥95％的鱗片石墨粉5wt％及平均線徑為10μm，鍍層厚度為0.5μm，長度為0.1～3.0mm的鍍銅碳纖維0.03wt％，(外加)平均線徑為10μm，鍍層厚度為0.4μm，長度為0.1～3.0mm的鍍銀碳纖維0.06wt％(外加)，洗油0.2wt％(外加，為表面活性劑)放在圓筒型混合機(jī)中混合，混均后在單向液壓機(jī)上以392MPa的壓力壓成型，然后在非氧化性氣氛下，在箱式燒結(jié)爐中燒結(jié)而成。最終燒結(jié)溫度為750℃。將該材料切割成10×10×64mm的試樣，測其體積密度，洛氏硬度及電阻率；然后加工成12.5×25×40mm電刷試驗(yàn)品，在φ300mm的型式試驗(yàn)機(jī)上測得其摩擦系數(shù)及磨損率，測試結(jié)果見附表1。
載流密度在電鍍鋅機(jī)組現(xiàn)場測得。
實(shí)施例2將實(shí)施例1中的銅粉77wt％，銀粉13wt％，鱗片石墨粉10wt％，鍍銅碳纖維0.10wt％(外加)，鍍銀碳纖維0.20wt％(外加)及洗油0.2wt％(外加)放在圓筒混合機(jī)中混合，混均后在單向液壓機(jī)上以254.8MPa的壓力制成型，然后在非氧化性氣氛下，在箱式燒結(jié)爐中燒結(jié)而成，最終燒結(jié)溫度為850℃。將制得的材料加工成實(shí)施例1的試樣及試驗(yàn)品，在相同條件下，測得的結(jié)果見附表1。
實(shí)施例3將實(shí)施例1中的銅粉80wt％，銀粉10wt％，鱗片石墨粉10wt％，鍍銅碳纖維0.15wt％(外加)，鍍銀碳纖維0.3wt％(外加)放在圓筒混合機(jī)中混合，混均后在單向液壓機(jī)上以196MPa的壓力壓制成型，然后在非氧化性氣氛下，在箱式燒結(jié)爐中燒結(jié)而成，最終燒結(jié)溫度880℃。將制得的材料加工成實(shí)例1的試樣及試驗(yàn)品，在相同條件下，測得的結(jié)果見附表1。
權(quán)利要求
1.一種超高載流密度電刷，是由金屬石墨質(zhì)基體中外加入微量鍍金屬碳纖維，經(jīng)混合、加壓成型并燒結(jié)而成的，其特征在于鍍金屬碳纖維外加含量按重量計(jì)為0.08～0.5wt％，鍍金屬碳纖維為鍍銀碳纖維，或者為鍍銀纖維和鍍銅纖維的混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高載流密度電刷，其特征在于外加入的鍍銀碳纖維含量/鍍銅碳纖維含量＝1.5～2.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高載流密度電刷，其待征在于按重量計(jì)外加入鍍銀碳纖維0.06～0.30wt％，鍍銅碳纖維0.03～0.15wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3所述的超高載流密度電刷，其特征在于鍍銀碳纖維、鍍銅碳纖維的平均線徑為6～12μm，鍍層厚度為0.1～5μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高載流密度電刷，其特征在于金屬石墨質(zhì)基體為銅銀石墨質(zhì)基體，按重量百分比計(jì)，其成份為銅含量≥99.5％的電解銅粉70～80wt％，銀含量≥99.9的銀粉10～25wt％，含碳量≥95％的石墨粉5～10wt％。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述超高載流密度電刷的制造方法，包括混合、加壓成型和燒結(jié)工藝，其特征在于金屬石墨質(zhì)基體中外加入0.08～0.5wt％的長度為0.1～3.0mm的短切鍍金屬碳纖維作為原料，將原料混合均勻，在196～392MPa下壓制成型后，在非氧化性氣氛中燒結(jié)，最終燒結(jié)溫度為750～880℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超高載流密度電刷的制造方法，其特征在于所述的原料中的金屬石墨質(zhì)基體為銅銀石墨質(zhì)基體，按重量百分比計(jì)，其組成為200目銅含量≥99.5％的銅粉70～80wt％，200目銀含量≥99.9％的銀粉10～25wt％，325目碳含量≥95％的石墨粉5～10wt％。
全文摘要
本發(fā)明是一種適用于額定電流密度達(dá)45A/cm
文檔編號H01R39/00GK1256534SQ99127010
公開日2000年6月14日 申請日期1999年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者高玉田, 顧志平, 祝曉明, 陳關(guān)瑞, 陳寶忠 申請人:上海寶鋼集團(tuán)公司, 上海滬東電碳廠