本發(fā)明涉及石墨碳刷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高潤滑性高硬度的銅基石墨電機碳刷及其制備方法。

背景技術(shù)：

碳刷是電動機中固定部分和轉(zhuǎn)動部分之間傳遞能量或信號的一類摩擦裝置，是電動機的重要組成部件，是一種石墨和膠粘劑的混合體，由于其主要成分是碳，所以稱為碳刷。碳刷作為導(dǎo)出導(dǎo)入電流的滑動接觸體，要求其具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及潤滑性能，并具有一定的機械強度和換向性火花的性，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機的種類和使用的工況條件越來越多樣化，對碳刷材料的綜合性能要求也越來越高。

按原材料的組成和生產(chǎn)工藝，碳刷材料可分為碳石墨類、電化石墨類、金屬石墨類，其中金屬石墨類碳刷制作周期較短，制作工藝相對簡單，應(yīng)用較為廣泛。傳統(tǒng)的金屬石墨類碳刷主要是鱗片石墨與銅粉、銀粉、錫粉等金屬粉體在粘接劑的作用下混合、壓制、燒結(jié)制備得到，金屬元素的添加可顯著的影響材料的硬度、韌性、導(dǎo)電性以及摩擦性能，金屬的種類和配比是實現(xiàn)材料綜合性能協(xié)調(diào)的關(guān)鍵；除此之外，體系中的粘接劑、功能助劑等原料對碳刷的性能也有重要的影響。《Pb及Sn的添加對高銅碳刷組織結(jié)構(gòu)及性能的影響》一文介紹了Pb、Sn合金元素對含銅碳刷的性能影響，結(jié)果表明，合金元素的對材料的硬度、韌性有一定程度的提高，但是在導(dǎo)電性以及耐磨性上表現(xiàn)較差，材料性能的整體協(xié)調(diào)性較弱，使用效果不佳；有研究報道，納米材料的添加對碳刷的耐磨性有一定的改善作用，比如《碳納米管增強樹脂/石墨碳刷的制備與性能研究》一文引入碳納米管作為改性劑，有效的降低了材料的摩擦系數(shù)，耐磨性能佳，但是其中的環(huán)氧樹脂粘接劑受熱形成的炭化顆粒在摩擦過程中容易脫落，導(dǎo)致表面出現(xiàn)缺陷，加速磨損，長時間工作后導(dǎo)致碳刷性能變差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種高潤滑性高硬度的銅基石墨電機碳刷及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種高潤滑性高硬度的銅基石墨電機碳刷，該碳刷材料由以下重量份的原料制成：碳納米微球1-2、氟化石墨粉4-8、天然鱗片石墨粉10-15、鈦粉4-6、乙醇（分析純）40-50、硬脂酸0.4-0.5、銅粉30-50、正硅酸乙酯1-2、十二烷基硫酸鈉0.01-0.02、Tris-HCl緩沖溶液適量、氨水0.1-0.2、鹽酸多巴胺2-3、去離子水50-60。

所述的一種高潤滑性高硬度的銅基石墨電機碳刷的制備方法包括以下步驟：

（1）先取去離子水投入反應(yīng)容器中，接著加入鹽酸多巴胺，攪拌至其完全溶解后滴加Tris-HCl緩沖溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為8-8.5，隨后依次加入天然鱗片石墨粉、氟化石墨粉，攪拌混合均勻后靜置36-48h，處理結(jié)束后過濾，過濾物經(jīng)水洗后干燥備用；

（2）取乙醇投入反應(yīng)容器中，隨后加入正硅酸乙酯、硬脂酸，攪拌混合20-30min后加入氨水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)15-20min，隨后將體系加熱至60-80℃，并加入碳納米微球、十二烷基硫酸鈉，攪拌混合3-5h，得復(fù)合硅膠粘結(jié)劑備用；

（3）將步驟（1）制備的物料與其它剩余物料初混后加入步驟（2）制備的復(fù)合硅膠粘接劑，球磨混合2-3h后復(fù)合物料干燥處理，完全干燥后物料在300-350MPa壓力下經(jīng)全自動壓機帶線一次成型，隨后坯體真空高溫?zé)Y(jié)處理，即得所述的碳刷材料。

所述的制備方法步驟（3）中坯體真空高溫?zé)Y(jié)條件為：真空度：5-20Pa，燒結(jié)溫度為800-900℃，壓強為5-10MPa，燒結(jié)時間為30-60min。

本發(fā)明制備了一種具有良好自潤滑性和硬度的銅基石墨電機碳刷，這種碳刷材料相對于傳統(tǒng)的金屬石墨碳刷的優(yōu)點在于：

（1）引入了氟化石墨粉，極大的提高了復(fù)合材料的自潤滑性，降低材料的摩擦磨損度，同時在碳材料表面沉積聚多巴胺膜層，提高了碳材料與其它原料的結(jié)合度，材料硬度更高。

（2）用含碳納米微球的復(fù)合硅溶膠作為粘接劑，其具有良好的粘結(jié)力，燒結(jié)處理后無殘?zhí)浚瑢w系無不良影響，且具有良好的導(dǎo)電性。

（3）加入的鈦元素能與碳反應(yīng)生成高硬度、高耐磨的碳化鈦晶體，在增進(jìn)材料強度的同時不影響導(dǎo)電性。

具體實施方式

一種高潤滑性高硬度的銅基石墨電機碳刷，該碳刷材料由以下重量份的原料制成：碳納米微球1、氟化石墨粉4、天然鱗片石墨粉10、鈦粉4、乙醇（分析純）40、硬脂酸0.4、銅粉30、正硅酸乙酯1、十二烷基硫酸鈉0.01、Tris-HCl緩沖溶液適量、氨水0.1、鹽酸多巴胺2、去離子水50。

該碳刷材料的制備包括以下步驟：

（1）先取去離子水投入反應(yīng)容器中，接著加入鹽酸多巴胺，攪拌至其完全溶解后滴加Tris-HCl緩沖溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為8，隨后依次加入天然鱗片石墨粉、氟化石墨粉，攪拌混合均勻后靜置36h，處理結(jié)束后過濾，過濾物經(jīng)水洗后干燥備用；

（2）取乙醇投入反應(yīng)容器中，隨后加入正硅酸乙酯、硬脂酸，攪拌混合20min后加入氨水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)15min，隨后將體系加熱至60℃，并加入碳納米微球、十二烷基硫酸鈉，攪拌混合3h，得復(fù)合硅膠粘結(jié)劑備用；

（3）將步驟（1）制備的物料與其它剩余物料初混后加入步驟（2）制備的復(fù)合硅膠粘接劑，球磨混合2h后復(fù)合物料干燥處理，完全干燥后物料在300MPa壓力下經(jīng)全自動壓機帶線一次成型，隨后坯體在真空度：5Pa、壓強為5MPa、825℃下燒結(jié)30min，即得所述的碳刷材料。

制成的碳刷材料根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試，測試結(jié)果為：

肖式硬度：22.3；彎曲強度：24.2MPa；摩擦系數(shù)：0.09；電阻率：0.15μΩ.m。