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一种受电弓滑板 复合材料及其制备方法

阅读：600发布：2023-03-05

专利汇可以提供一种受电弓滑板复合材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种受电弓滑板复合材料及其制备方法，涉及铜基受电弓滑板复合材料及其制备方法。解决现有铜基受电弓滑板复合材料中陶瓷增强相与铜之间的界面润湿性差，界面结合强度低的问题。本发明的复合材料是由铜粉和陶瓷颗粒制得的，其中陶瓷颗粒表面具有化学镀铜层。将表面具有化学镀铜层的陶瓷颗粒和铜粉混合得混合物料，然后将混合物料经热压烧结工艺或者热压烧结和热挤压结合工艺处理后即可。复合材料内部的Ti3AlC2陶瓷颗粒分布均匀，组织致密度高、界面结合性能好和力学性能好，致密度达到99.86％～100.79％，硬度达到92.3～93.3HB，抗拉强度达到230～300MPa，摩擦系数为0.15～04。，下面是一种受电弓滑板复合材料及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种受电弓滑板复合材料，其特征在于受电弓滑板复合材料是按体积百分比由
60％～90％的铜粉和10％～40％的陶瓷颗粒制得的，其中陶瓷颗粒表面具有化学镀铜层。
2.根据权利要求1所述的一种受电弓滑板复合材料，其特征在于陶瓷颗粒为Ti3AlC2陶瓷颗粒、Ti3SiC2陶瓷颗粒或者Ti2AlC陶瓷颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种受电弓滑板复合材料，其特征在于铜粉粒度为150～
250目，陶瓷颗粒粒度为150～250目。
4.如权利要求1所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其特征在于受电弓滑板复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、利用化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层；二、将经步骤一处理后的陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％～40％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和60％～90％的铜粉组成；三、将步骤二的混合物料在800～900℃、40～160MPa条件下热压烧结0.5～1h，得到陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。
5.根据权利要求4所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中陶瓷颗粒为Ti3AlC2陶瓷颗粒、Ti3SiC2陶瓷颗粒或者Ti2AlC陶瓷颗粒。
6.根据权利要求4所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中化学镀铜工艺是通过以下步骤实现的：一、将陶瓷颗粒依次进行亲水化、粗化、敏化、活化和还原处理，完成预处理；二、化学镀铜：在50～80℃的水浴条件下，将经步骤一预处理后的陶瓷颗粒加入化学镀液中，然后在搅拌状态下，化学镀铜15～25min，即在陶瓷颗粒表面得到化学镀层，其中化学镀液由浓度为15～25g/L的CuSO4·5H2O、22～26g/L的Na2EDTA、15～
18g/L的C4H4KNa·4H2O、13～17mL/L的甲醛、8～15g/L的氢氧化钠和30～50mg/L的α，α′-联吡啶组成，控制化学镀液pH值为12.5～13。
7.根据权利要求6所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其特征在于预处理的具体操作如下：a、亲水化：将陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的氢氧化钠溶液中煮沸
15～25min；b、粗化：将亲水化后的陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的硝酸溶液中煮沸15～25min；c、敏化：将经步骤b粗化处理后的陶瓷颗粒加入敏化液中，然后在35～
45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀5～20min，过滤并清洗，得敏化后陶瓷颗粒，其中敏化液的组成为：20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液；d、活化：将经步骤d敏化后陶瓷颗粒加入蒸馏水中，制成陶瓷颗粒质量浓度为6g/L～8g/L的悬浊液，再将悬浊液加入到活化液中，然后在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀
5～20min，过滤并清洗，得活化后陶瓷颗粒，其中活化液的组成为：4g/L的AgNO3溶液；e、还原：将活化后陶瓷颗粒加入浓度为3～5mL/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液中，在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，过滤得还原后Ti3AlC2陶瓷颗粒。
8.根据权利要求4、5、6或7所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中首先升温至350～450℃，保温20～40min，然后再升温至800～900℃，升温的同时加压至40～160MPa，保温保压0.5～1h，再随炉冷却至室温即可。其中，升温速率控制在
10～30℃/min。
9.如权利要求1所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其特征在于受电弓滑板复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、利用化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层；二、将经步骤一处理后的陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％～40％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和60％～90％的铜粉组成；三、热压烧结：将步骤二的混合物料在800～900℃、40～160MPa条件下热压烧结0.5～1h，得复合材料；四、将经步骤三热压烧结得的复合材料进行热挤压，热挤压工艺为：挤压杯、磨具温度为400～450℃，保温1h，复合材料温度为760～850℃，保温1h，得到陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。
10.根据权利要求9所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中热挤压工艺为：挤压杯、磨具温度为420℃，保温1h，复合材料温度为780℃，保温1h。

说明书全文

一种受电弓滑板 复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铜基受电弓滑板复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 当今世界铁路运输发展的趋势是电气化和高速化。随着我国高速铁路时代的来临，我国的电气化铁路也进入一个暂新的时期，这就更要求新型的，高要求的受电弓滑板的出现。目前高性能的受电弓滑板要求具有良好的自润滑、耐磨减磨性、导电性，冲击韧性、抗压强度、抗弯强度。而我国由于研发受电弓起步较晚，投入不足，高性能的受电弓滑板主要靠进口。现在使用的受电弓滑板主要分为浸金属滑板，纯碳滑板，粉末冶金滑板。但是都有各自的问题。浸金属滑板抗冲击力不足，易出现掉块现象，使用受限；纯碳滑板机械强度低，抗冲击韧性差，遇硬点掉块，弓网故障大，不均匀磨损严重；粉末冶金滑板使用最多，但是由于材料接近，且润滑不易，对接触线的磨耗比较大。

[0003] 利用复合材料来制作滑板具有极大的优势，尤其是铜基复合材料的滑板。纯铜具有很多优点，比如优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、接合性、可加工性、且价格适中。但是纯铜也有缺点，比如强度低，耐磨性差等。而在纯铜里面添加Ti3AlC2，在适当提高铜基复合材料强度、硬度、耐磨性等综合机械物理性能的同时保证材料良好的导电性能，更为重要的具有优异的自润滑性能，与铜基的其他增强体材料相比具有巨大的优势，使得Ti3AlC2在制造受电弓滑板上有巨大的发展潜力。

[0004] 目前国内也有人开展了类似的研究工作，主要问题集中在Ti3AlC2与Cu之间的界面结合上，因为二者，Ti3AlC2是陶瓷，Cu是金属，所以存在界面润湿的问题以及界面结合强度的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决现有铜基受电弓滑板复合材料中陶瓷增强相与铜之间的界面润湿性差，界面结合强度低的问题，本发明提供了一种受电弓滑板复合材料及其制备方法。

[0006] 本发明的受电弓滑板复合材料是按体积百分比由60％～90％的铜粉和10％～40％的陶瓷颗粒制得的，其中陶瓷颗粒表面具有化学镀铜层。其中所述陶瓷颗粒为Ti3AlC2陶瓷颗粒、Ti3SiC2陶瓷颗粒或者Ti2AlC陶瓷颗粒。

[0007] 本发明的受电弓滑板复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、利用化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层；二、将经步骤一处理后的陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％～40％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和60％～90％的铜粉组成；三、热压烧结：将步骤二的混合物料在800～900℃、40～160MPa条件下热压烧结0.5～1h，得到陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制各。

[0008] 本发明的铜粉粒度为150～250目，陶瓷颗粒粒度为150～250目。步骤一中陶瓷颗粒为Ti3AlC2陶瓷颗粒、Ti3SiC2陶瓷颗粒或者Ti2AlC陶瓷颗粒。

[0009] 本发明的受电弓滑板复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、利用化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层；二、将经步骤一处理后的陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％～40％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和60％～90％的铜粉组成；三、热压烧结：将步骤二的混合物料在800～900℃、40～160MPa条件下热压烧结0.5～1h，得复合材料；四、将经步骤三热压烧结得的复合材料进行热挤压，热挤压工艺为：挤压杯、磨具温度为400～450℃，保温1h，复合材料温度为760～
850℃，保温1h，得到陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。

[0010] 本发明受电弓滑板复合材料的制备方法的步骤一中化学镀铜工艺是通过以下步骤实现的：一、将陶瓷颗粒依次进行亲水化、粗化、敏化、活化和还原处理，完成预处理；二、化学镀铜：在50～80℃的水浴条件下，将经步骤一预处理后的陶瓷颗粒加入化学镀液中，然后在搅拌状态下，化学镀铜15～25min，即在陶瓷颗粒表面得到化学镀层，其中化学镀液由浓度为15～25g/L的CuSO4·5H2O、22～26g/L的Na2EDTA、15～18g/L的C4H4KNa·4H2O、13～17mL/L的甲醛、8～15g/L的氢氧化钠和30～50mg/L的α，α′-联吡啶组成，控制化学镀液pH值为12.5～13。其中的预处理的具体操作如下：a、亲水化：将陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的氢氧化钠溶液中煮沸15～25min；b、粗化：将亲水化后的陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的硝酸溶液中煮沸15～25min；c、敏化：将经步骤b粗化处理后的陶瓷颗粒加入敏化液中，然后在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀5～20min，过滤并清洗，得敏化后陶瓷颗粒，其中敏化液的组成为：20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液；d、活化：将经步骤d敏化后陶瓷颗粒加入蒸馏水中，制成陶瓷颗粒质量浓度为6g/L～8g/L的悬浊液，再将悬浊液加入到活化液中，然后在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀5～20min，过滤并清洗，得活化后陶瓷颗粒，其中活化液的组成为：4g/L的AgNO3溶液；e、还原：将活化后陶瓷颗粒加入浓度为3～5mL/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液中，在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，过滤并清洗，得还原后Ti3AlC2陶瓷颗粒。

[0011] 本发明受电弓复合材料的制备方法的步骤二中利用球磨混粉工艺进行混合，球磨混粉参数为：球料质量比4∶1，转速150～300转/分钟(rpm)，球磨时间5～10h。

[0012] 本发明步骤三中首先升温至350～450℃，保温20～40min，然后再升温至800～900℃，升温的同时加压至40～160MPa，保温保压0.5～1h，再随炉冷却至室温即可。其中，升温速率控制在10～30℃/min。

[0013] 本发明首先通过化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面化学镀铜，然后将其与铜粉的混合物料经热压烧结(或者经热压烧结和热挤压)处理后得到致密度高、界面结合性能好和力学性能好的受电弓滑板复合材料。

[0014] 本发明经热压烧结处理制备的受电弓滑板复合材料具有组织致密度高，界面结合性能好的特点，而且内部Ti3AlC2陶瓷颗粒分布均匀，致密度达到99.86％，硬度达到93.3HB，力学性能好，抗拉强度达到230MPa，摩擦系数比较高，随着压强的增加，摩擦系数的变化不明显，当压力为12.5MPa时，摩擦系数最低为0.4左右。再经热挤压处理制备的受电弓滑板复合材料的致密度达到100.79％，硬度达到92.3HB，力学性能更好，抗拉强度达到
300MPa，随着压强的增加，摩擦系数逐渐变小，压力为25MPa时摩擦系数仅为0.15。
附图说明

[0015] 图1是具体实施方式四十的Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料扫描电子显微照片；图2是Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料抗拉强度曲线图，图中曲线A为具体实施方式四十二的复合材料抗拉强度曲线，曲线B为具体实施方式四十的复合材料抗拉强度曲线，曲线C为具体实施方式四十一的复合材料抗拉强度曲线；图3为具体实施方式四十的Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的摩擦磨损-时间曲线图，图中“-■-”为5MPa压力下摩擦磨损-时间曲线，“-○-”为12.5MPa压力下的，“-△-”为17.5MPa压力下的，为25MPa压力下的；图4为具体实施方式四十一的Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的摩擦磨损-时间曲线图，图中“-■-”为5MPa压力下摩擦磨损-时间曲线，“-○-”为12.5MPa压力下的，“-△-”为17.5MPa压力下的，为25MPa压力下的。

具体实施方式

[0016] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0017] 具体实施方式一：本实施方式为受电弓滑板复合材料，受电弓滑板复合材料是按体积百分比由60％～90％的铜粉和10％～40％的陶瓷颗粒制得的，其中陶瓷颗粒表面具有化学镀铜层。

[0018] 本实施方式采用在表面具有化学镀铜层的陶瓷颗粒为原料，与铜粉混合制得的受电弓滑板复合材料的组织致密度高，界面结合性能好，而且内部Ti3AlC2陶瓷颗粒分布均匀，致密度达到99.86％～100.79％，硬度达到92.3HB～93.3HB，力学性能好，抗拉强度达到230～300MPa，摩擦系数为0.15～0.4。

[0019] 比较高，随着压强的增加，摩擦系数的变化不明显，当压力为12.5MPa时，摩擦系数最低为左右。再经热挤压处理制备的受电弓滑板复合材料的致密度达到100.79％，硬度达到92.3HB，力学性能更好，抗拉强度达到300Mpa，随着压强的增加，摩擦系数逐渐变小，压力为25MPa时摩擦系数仅为0.15。

[0020] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述陶瓷颗粒为Ti3AlC2陶瓷颗粒、Ti3SiC2陶瓷颗粒或者Ti2AlC陶瓷颗粒。其它参数与具体实施方式一相同。

[0021] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是受电弓滑板复合材料是按体积百分比由70％的铜粉和30％的陶瓷颗粒制得的。其它参数与具体实施方式一或二相同。

[0022] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是受电弓滑板复合材料是按体积百分比由80％的铜粉和20％的陶瓷颗粒制得的。其它参数与具体实施方式一或二相同。

[0023] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是铜粉粒度为150～250目，陶瓷颗粒粒度为150～250目。其它参数与具体实施方式一至四之一相同。

[0024] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是铜粉粒度为200目，陶瓷颗粒粒度为200目。其它参数与具体实施方式一至四之一相同。

[0025] 具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式一所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，受电弓滑板复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、利用化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层；二、将经步骤一处理后的陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％～40％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和60％～90％的铜粉组成；三、热压烧结：将步骤二的混合物料在800～900℃、40～160MPa条件下热压烧结0.5～1h，得到陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。

[0026] 本实施方式的制备方法工艺简单，成本低。

[0027] 本实施方式首先通过化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面化学镀铜，然后将其与铜粉的混合物料依次将热压烧结处理后得到致密度高、界面结合性能好和力学性能好的受电弓滑板复合材料。

[0028] 本实施方式经热压烧结处理制备的受电弓滑板复合材料具有组织致密度高，界面结合性能好的特点，而且内部Ti3AlC2陶瓷颗粒分布均匀，致密度达到99.86％，硬度达到93.3HB，力学性能好，抗拉强度达到230MPa，摩擦系数比较高，随着压强的增加，摩擦系数的变化不明显，当压力为12.5MPa时，摩擦系数最低为0.4左右。

[0029] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中化学镀铜工艺是通过以下步骤实现的：一、将陶瓷颗粒依次进行亲水化、粗化、敏化、活化和还原处理，完成预处理；二、化学镀铜：在50～80℃的水浴条件下，将经步骤一预处理后的陶瓷颗粒加入化学镀液中，然后在搅拌状态下，化学镀铜15～25min，即在陶瓷颗粒表面得到化学镀层，其中化学镀液由浓度为15～25g/L的CuSO4·5H2O、22～26g/L的Na2EDTA、15～18g/L的C4H4KNa·4H2O、13～17mL/L的甲醛、8～15g/L的氢氧化钠和30～50mg/L的α，α′-联吡啶组成，控制化学镀液pH值为12.5～13。其它步骤及参数与具体实施方式七相同。

[0030] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是亲水化处理如下：将陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的氢氧化钠溶液中煮沸15～25min。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。

[0031] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是粗化处理如下：将亲水化后的陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的硝酸溶液中煮沸15～25min。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。

[0032] 具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八不同的是敏化处理如下：将经粗化处理后的陶瓷颗粒加入敏化液中，然后在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀5～20min，过滤并清洗，得敏化后陶瓷颗粒，其中敏化液的组成为：20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。

[0033] 具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式八不同的是活化处理如下：将经敏化后陶瓷颗粒加入蒸馏水中，制成陶瓷颗粒质量浓度为6g/L～8g/L的悬浊液，再将悬浊液加入到活化液中，然后在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀5～20min，过滤并清洗，得活化后陶瓷颗粒，其中活化液的组成为：4g/L的AgNO3溶液。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。

[0034] 具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式八不同的是还原处理如下：将活化后陶瓷颗粒加入浓度为3～5mL/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液中，在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，过滤并清洗得还原后Ti3AlC2陶瓷颗粒。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。

[0035] 具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式七至十三之一不同的是步骤一中陶瓷颗粒为Ti3AlC2陶瓷颗粒、Ti3SiC2陶瓷颗粒或者Ti2AlC陶瓷颗粒。其它步骤及参数与具体实施方式七至十三之一相同。

[0036] 具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式七至十四之一不同的是步骤一中陶瓷颗粒的粒度为150～250目，步骤二中铜粉的粒度为150～250目。其它步骤及参数与具体实施方式七至十四之一相同。

[0037] 具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式七至十四之一不同的是步骤一中陶瓷颗粒的粒度为200目，步骤二中铜粉的粒度为200目。其它步骤及参数与具体实施方式七至十四之一相同。

[0038] 具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式七至十六之一不同的是步骤二中混合物料中按体积百分比由20％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和80％的铜粉组成。其它步骤及参数与具体实施方式七至十六之一相同。

[0039] 具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式七至十六之一不同的是步骤二中混合物料中按体积百分比由30％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和70％的铜粉组成。其它步骤及参数与具体实施方式七至十六之一相同。

[0040] 具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式七至十八之一不同的是步骤二中利用球磨混粉工艺进行混合，球磨混粉参数为：球料质量比4∶1，转速150～300转/分钟(rpm)，球磨时间5～10h。其它步骤及参数与具体实施方式七至十八之一相同。

[0041] 具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式七至十九之一不同的是步骤三中首先升温至350～450℃，保温20～40min，然后再升温至800～900℃，升温的同时加压至40～160MPa，保温保压0.5～1h，再随炉冷却至室温即可。其它步骤及参数与具体实施方式七至十九之一相同。

[0042] 具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式二十不同的是升温速率控制在10～30℃/min。其它步骤及参数与具体实施方式二十相同。

[0043] 具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式二十或二十一不同的是升温至700～780℃时开始加压，升温至800～900℃时加压至40～160MPa。其它步骤及参数与具体实施方式二十或二十一相同。

[0044] 具体实施方式二十三：本实施方式为如具体实施方式一所述的受电弓滑板复合材料的制备方法，其是通过以下步骤实现的：一、利用化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层；二、将经步骤一处理后的陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％～40％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和60％～90％的铜粉组成；三、热压烧结：将步骤二的混合物料在800～900℃、40～160MPa条件下热压烧结0.5～1h，得复合材料；四、将经步骤三热压烧结得的复合材料进行热挤压，热挤压工艺为：挤压杯、磨具温度为400～450℃，保温1h，复合材料温度为760～850℃，保温1h，得到陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。

[0045] 本实施方式首先通过化学镀铜工艺在陶瓷颗粒表面化学镀铜，然后将其与铜粉的混合物料依次经热压烧结和热挤压处理后得到致密度高、界面结合性能好和力学性能好的受电弓滑板复合材料。

[0046] 本实施方式经热压烧结和热挤压处理制备的受电弓滑板复合材料具有组织致密度高，界面结合性能好的特点，而且内部Ti3AlC2陶瓷颗粒分布均匀，致密度达到100.79％，硬度达到92.3HB，力学性能更好，抗拉强度达到300MPa，随着压强的增加，摩擦系数逐渐变小，压力为25MPa时摩擦系数仅为0.15。

[0047] 具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十三不同的是步骤一中化学镀铜工艺是通过以下步骤实现的：一、将陶瓷颗粒依次进行亲水化、粗化、敏化、活化和还原处理，完成预处理；二、化学镀铜：在50～80℃的水浴条件下，将经步骤一预处理后的陶瓷颗粒加入化学镀液中，然后在搅拌状态下，化学镀铜15～25min，即在陶瓷颗粒表面得到化学镀层，其中化学镀液由浓度为15～25g/L的CuSO4·5H2O、22～26g/L的Na2EDTA、15～18g/L的C4H4KNa·4H2O、13～17mL/L的甲醛、8～15g/L的氢氧化钠和30～50mg/L的α，α′-联吡啶组成，控制化学镀液pH值为12.5～13。其它步骤及参数与具体实施方式二十三相同。

[0048] 具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式二十四不同的是亲水化处理如下：将陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的氢氧化钠溶液中煮沸15～25min。其它步骤及参数与具体实施方式二十四相同。

[0049] 具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式二十四不同的是粗化处理如下：将亲水化后的陶瓷颗粒在浓度为8％～15％(质量)的硝酸溶液中煮沸15～25min。其它步骤及参数与具体实施方式二十四相同。

[0050] 具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式二十四不同的是敏化处理如下：将经粗化处理后的陶瓷颗粒加入敏化液中，然后在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀5～20min，过滤并清洗，得敏化后陶瓷颗粒，其中敏化液的组成为：
20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液。其它步骤及参数与具体实施方式二十四相同。

[0051] 具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式二十四不同的是活化处理如下：将经敏化后陶瓷颗粒加入蒸馏水中，制成陶瓷颗粒质量浓度为6g/L～8g/L的悬浊液，再将悬浊液加入到活化液中，然后在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，再静置沉淀5～20min，过滤并清洗，得活化后陶瓷颗粒，其中活化液的组成为：4g/L的AgNO3溶液。其它步骤及参数与具体实施方式二十四相同。

[0052] 具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式二十四不同的是还原处理如下：将活化后陶瓷颗粒加入浓度为3～5mL/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液中，在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，过滤并清洗得还原后Ti3AlC2陶瓷颗粒。其它步骤及参数与具体实施方式二十四相同。

[0053] 具体实施方式三十：本实施方式与具体实施方式二十三至二十九之一不同的是步骤一中陶瓷颗粒为Ti3AlC2陶瓷颗粒、Ti3SiC2陶瓷颗粒或者Ti2AlC陶瓷颗粒。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至二十九之一相同。

[0054] 具体实施方式三十一：本实施方式与具体实施方式二十三至三十之一不同的是步骤一中陶瓷颗粒的粒度为150～250目，步骤二中铜粉的粒度为150～250目。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至三十之一相同。

[0055] 具体实施方式三十二：本实施方式与具体实施方式二十三至三十之一不同的是步骤一中陶瓷颗粒的粒度为200目，步骤二中铜粉的粒度为200目。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至三十之一相同。

[0056] 具体实施方式三十三：本实施方式与具体实施方式二十三至三十二之一不同的是步骤二中混合物料中按体积百分比由20％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和80％的铜粉组成。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至三十二之一相同。

[0057] 具体实施方式三十四：本实施方式与具体实施方式二十三至三十二之一不同的是步骤二中混合物料中按体积百分比由30％的步骤一处理后的陶瓷颗粒和70％的铜粉组成。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至三十二之一相同。

[0058] 具体实施方式三十五：本实施方式与具体实施方式二十三至三十四之一不同的是步骤二中利用球磨混粉工艺进行混合，球磨混粉参数为：球料质量比4∶1，转速150～300转/分钟(rpm)，球磨时间5～10h。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至三十四之一相同。

[0059] 具体实施方式三十六：本实施方式与具体实施方式二十三至三十五之一不同的是步骤三中首先升温至350～450℃，保温20～40min，然后再升温至800～900℃，升温的同时加压至40～160MPa，保温保压0.5～1h，再随炉冷却至室温即可。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至三十五之一相同。

[0060] 具体实施方式三十七：本实施方式与具体实施方式三十六不同的是升温速率控制在10～30℃/min。其它步骤及参数与具体实施方式三十六相同。

[0061] 具体实施方式三十八：本实施方式与具体实施方式三十六或三十七不同的是升温至700～780℃时开始加压，升温至800～900℃时加压至40～160MPa。其它步骤及参数与具体实施方式三十六或三十七相同。

[0062] 具体实施方式三十九：本实施方式与具体实施方式二十三至三十八之一不同的是步骤四中热挤压工艺为：挤压杯、磨具温度为420℃，保温1h，复合材料温度为780℃，保温1h。其它步骤及参数与具体实施方式二十三至三十八之一相同。

[0063] 具体实施方式四十：本实施方式为受电弓滑板复合材料的制备方法，受电弓滑板复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：

[0064] 一、利用化学镀铜工艺在Ti3AlC2陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层：(一)预处理：a、亲水化：将Ti3AlC2陶瓷颗粒在浓度为10％(质量)的氢氧化钠溶液中煮沸20min；b、粗化：将亲水化后的Ti3AlC2陶瓷颗粒在浓度为10％(质量)的硝酸溶液中煮沸20min；c、敏化：
将经步骤b粗化处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒加入敏化液中，然后在40℃的水浴条件下搅拌反应20min，再静置沉淀15min，过滤并清洗，得敏化后Ti3AlC2陶瓷颗粒，其中敏化液的组成为：20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液；d、活化：将经步骤d敏化后Ti3AlC2陶瓷颗粒加入蒸馏水中，制成陶瓷颗粒质量浓度为6g/L～8g/L的悬浊液，再将悬浊液加入到活化液中，然后在40℃的水浴条件下搅拌反应20min，再静置沉淀20min，过滤并清洗，得活化后Ti3AlC2陶瓷颗粒，其中活化液的组成为：4g/L的AgNO3溶液；e、还原：将活化后Ti3AlC2陶瓷颗粒加入浓度为3～5mL/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液中，在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，过滤得还原后Ti3AlC2陶瓷颗粒；(二)化学镀铜：在60℃的水浴条件下，将经步骤(一)预处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒加入化学镀液中，然后在搅拌状态下，化学镀铜20min，即在陶瓷颗粒表面得到化学镀层，其中化学镀液由浓度为20g/L的CuSO4·5H2O、
24g/L的Na2EDTA、15g/L的C4H4KNa·4H2O、15mL/L的37％(质量)甲醛、8g/L的氢氧化钠和30mg/L的α，α′-联吡啶组成，控制化学镀液pH值为12.5～13；

[0065] 二、将经步骤一处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％的步骤一处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒和90％的铜粉组成；

[0066] 三、热压烧结：将步骤二的混合物料装入石墨模具内，再将石墨模具放入真空热压炉中，抽真空至真空度为0.01～0.03Pa，然后升温至350～450℃，保温20～40min，然后再升温至800℃，并加压至40MPa，在800℃、40MPa条件下热压烧结1h，得到Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。

[0067] 本实施方式的制备方法工艺简单，成本低。步骤一中Ti3AlC2陶瓷颗粒的粒度为200目，步骤二中铜粉的粒度为200目。

[0068] 本实施方式制备得到的受电弓滑板复合材料是按体积百分比由90％的铜粉和10％的Ti3AlC2陶瓷颗粒制得的，其中陶瓷颗粒表面具有化学镀铜层。

[0069] 本实施方式采用Archimeds排水法测定Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的密度，其计算公式为：

[0070] 其中，mair-试样在空气中的质量(g)；

[0071] -试样在水中的质量(g)

[0072] mCu-辅助铜丝的质量(g)

[0073] ρH2O-测定温度下蒸馏水的密度(g/cm3)。

[0074] 将计算得到的ρ与Ti3AlC2陶瓷颗粒和Cu粉的混合粉体的理论密度ρ理论的比值即得到致密度。

[0075] 采用山东莱州试验仪器厂生产的型号为HB-3000B的布氏硬度计测试硬度，载荷为250kg，保荷时间为30s。

[0076] 采用Instron-5569电子万能试验机测试抗拉强度，测得的抗拉强度曲线如图2中曲线B所示。

[0077] 本实施方式采用哈尔滨工业大学先进涂层实验室制造的摩擦磨损机，摩擦磨损试验条件为：以0.05m/s的扫描速度，分别在5MPa、12.5MPa、17.5MPa和25MPa压力下进行摩擦磨损性能测试，测得的摩擦磨损-时间曲线图如3所示，图中“-■-”为5MPa压力下摩擦磨损-时间曲线，“-○-”为12.5MPa压力下的，“-△-”为17.5MPa压力下的，为25MPa压力下的。

[0078] 本实施方式经热压烧结处理制备的Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的扫描电子显微镜照片如图1所示，由图1可见，Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料内部Ti3AlC2陶瓷颗粒分布均匀，组织致密度高，界面结合性能好。

[0079] 本实施方式的Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的致密度达到98.28％，硬度达到84.9HB，力学性能好，抗拉强度达到230MPa(图2中曲线B所示)，摩擦系数比较高，随着压强的增加，摩擦系数的变化不明显，当压力为12.5MPa时，摩擦系数最低为0.4左右(如图3所示)。

[0080] 具体实施方式四十一：本实施方式为受电弓滑板复合材料的制备方法，受电弓滑板复合材料的制备方法是通过以下步骤实现的：

[0081] 一、利用化学镀铜工艺在Ti3AlC2陶瓷颗粒表面得到化学镀铜层：(一)预处理：a、亲水化：将Ti3AlC2陶瓷颗粒在浓度为10％(质量)的氢氧化钠溶液中煮沸20min；b、粗化：将亲水化后的Ti3AlC2陶瓷颗粒在浓度为10％(质量)的硝酸溶液中煮沸20min；c、敏化：
将经步骤b粗化处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒加入敏化液中，然后在40℃的水浴条件下搅拌反应20min，再静置沉淀15min，过滤并清洗，得敏化后Ti3AlC2陶瓷颗粒，其中敏化液的组成为：20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液；d、活化：将经步骤d敏化后Ti3AlC2陶瓷颗粒加入蒸馏水中，制成陶瓷颗粒质量浓度为6g/L～8g/L的悬浊液，再将悬浊液加入到活化液中，然后在40℃的水浴条件下搅拌反应20min，再静置沉淀20min，过滤并清洗，得活化后Ti3AlC2陶瓷颗粒，其中活化液的组成为：4g/L的AgNO3溶液；e、还原：将活化后Ti3AlC2陶瓷颗粒加入浓度为3～5mL/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液中，在35～45℃的水浴条件下搅拌反应15～25min，过滤得还原后Ti3AlC2陶瓷颗粒；(二)化学镀铜：在60℃的水浴条件下，将经步骤(一)预处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒加入化学镀液中，然后在搅拌状态下，化学镀铜20min，即在陶瓷颗粒表面得到化学镀层，其中化学镀液由浓度为20g/L的CuSO4·5H2O、
24g/L的Na2EDTA、15g/L的C4H4KNa·4H2O、15mL/L的37％(质量)甲醛、8g/L的氢氧化钠和30mg/L的α，α′-联吡啶组成，控制化学镀液pH值为12.5～13；

[0082] 二、将经步骤一处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％的步骤一处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒和90％的铜粉组成；

[0083] 三、热压烧结：将步骤二的混合物料装入石墨模具内，再将石墨模具放入真空热压炉中，抽真空至真空度为0.01～0.03Pa，然后升温至350～450℃，保温20～40min，然后再升温至800℃，并加压至40MPa，在800℃、40MPa条件下热压烧结1h，得到复合材料；

[0084] 四、将经步骤三热压烧结得的复合材料进行热挤压，热挤压工艺为：挤压杯、磨具温度为420℃，保温1h，复合材料温度为780℃，保温1h，得到Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。

[0085] 本实施方式的制备方法工艺简单，成本低。步骤一中Ti3AlC2陶瓷颗粒的粒度为200目，步骤二中铜粉的粒度为200目。

[0086] 本实施方式制备得到的受电弓滑板复合材料是按体积百分比由90％的铜粉和10％的Ti3AlC2陶瓷颗粒制得的，其中陶瓷颗粒表面具有化学镀铜层。

[0087] 采用与具体实施方式四十中记载的相同的测试手段进行测试，测得本实施方式Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的致密度达到100.79％，硬度达到92.3HB，力学性能更好，抗拉强度达到300MPa(图2中曲线C所示)，随着压强的增加，摩擦系数逐渐变小，压力为25MPa时摩擦系数仅为0.15(如图4所示)。图4为本实施方式的Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的摩擦磨损-时间曲线图，图中“-■-”为5MPa压力下摩擦磨损-时间曲线，“-○-”为12.5MPa压力下的，“-△-”为17.5MPa压力下的，为25MPa压力下的。

[0088] 具体实施方式四十二：本实施方式与为对比实验，普通受电弓滑板复合材料的制备方法，是通过以下步骤实现的：一、将Ti3AlC2陶瓷颗粒和铜粉混合均匀得混合物料，其中混合物料中按体积百分比由10％的步骤一处理后的Ti3AlC2陶瓷颗粒和90％的铜粉组成；

[0089] 二、热压烧结：将步骤一的混合物料在800℃、40MPa条件下热压烧结1h，得到复合材料；

[0090] 三、将经步骤二热压烧结得的复合材料进行热挤压，热挤压工艺为：挤压杯、磨具温度为420℃，复合材料温度为780℃，分别保温1h，压力采用10吨，得到普通Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料，完成受电弓滑板复合材料的制备。

[0091] 本实施方式步骤一中Ti3AlC2陶瓷颗粒的粒度为200目，铜粉的粒度为200目。

[0092] 采用与具体实施方式四十中记载的相同的测试手段进行测试，测得本实施方式普通Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的致密度达到95.86％，硬度达到73.3HB，力学性能更好，抗拉强度达到162MPa(图2中曲线A所示)。

[0093] 可见，采用表面具有化学镀铜层的陶瓷颗粒为原料，将其与铜粉的混合物料经热压烧结工艺(具体实施方式四十)和热压烧结与热挤压结合工艺(具体实施方式四十一)得到的Ti3AlC2陶瓷颗粒/Cu受电弓滑板复合材料的组织致密，界面结合性能好。

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