新型铜基受电弓滑板材料的制备与性能

以弥散强化铜为基体, 镀铜石墨为润滑组元, 采用真空加压烧结方法成功制备了新型石墨/铜受电弓滑板材料。研究了烧结温度对材料致密度的影响; 对比分析了不同类型铜基体对石墨/铜复合材料性能的影响; 考察了石墨质量分数为6%、8%、10%和12%时, 石墨/弥散强化铜复合材料(Graphite/ODS-Cu)的导电性、冲击韧性及摩擦系数。结果表明: 烧结温度对材料致密度影响较大, 石墨/弥散强化铜复合材料在加压烧结温度达到950 ℃后全致密; 采用弥散强化铜为基体, 提高了滑板的力学性能, 当石墨含量为10%时, 其导电性能下降不明显, 但是冲击韧性远远高于采用普通铜粉为基体的样品; 石墨含量对滑板的性能影响较大, 样品的导电性和冲击韧性随着石墨含量的增加而急剧下降, 在石墨含量增加到10%时, 其电阻率和冲击韧性分别为0.65 μΩ·m和6.8 J·cm^-2; 摩擦系数随着石墨含量的增加而降低, 在石墨含量为10%时, 其摩擦系数为0.231。     

铜基受电弓滑板材料抗拉强度和冲击韧性研究

为了制备具有优良力学性能的C／Cu复合材料，采用传统的粉末冶金（PM）方法，首次将受电弓滑板中C的质量分数提高到8％（石墨粒径为295μm和495μm)，分析了压制压力、保温时间和烧结温度对其抗拉强度和冲击韧性的影响，研究了石墨粒径和镀铜石墨对受电弓滑板材料性能的影响。研究结果表明：增大压制压力，可提高铜基受电弓滑板材料最终烧结件的抗拉强度；延长烧结保温时间，则降低烧结件的抗拉强度；烧结温度过高或过低对烧结件抗拉强度和冲击韧性不利；石墨粒径对铜基受电弓滑板材料性能的影响很大；石墨表面镀铜，可改善铜基受电弓滑板材料的烧结过程，提高其抗拉强度和冲击韧性，但是不改变材料的断裂机制。     

炭化温度对层状结构受电弓滑板性能的影响

研究了不同的炭化温度对层状结构受电弓滑板性能的影响。将受电弓滑板在400、600、800℃的氮气气氛中进行热处理,通过测试受电弓滑板的密度、耐温性、导电性、抗冲击性和耐磨性能,讨论了炭化温度对其性能的影响;利用SEM观察磨损表面,分析磨损机理。结果表明层状结构受电弓滑板的密度随炭化温度的升高而减小;当炭化温度高于600℃时,受电弓滑板表现出良好的耐温性。炭化提高了材料的导电性,但冲击强度和耐磨性随炭化温度的升高而降低;炭化温度较低时,受电弓滑板的磨损机制为粘着磨损为主,当炭化温度较高时,磨粒磨损和粘着磨损成为主要的磨损形式;确定最佳炭化温度为600℃,该温度下炭化处理后具有较好的综合性能,符合TB/T 1842.2-2002标准的相关规定。     

碳纤维增强受电弓滑板的性能表征

采用改性酚醛树脂为粘结剂,连续碳纤维和短切纤维为增强相,铜为导电相,石墨为润滑相,利用热压技术制备碳纤维增强受电弓滑板.对试样进行电阻测试、冲击试验以及磨损试验,利用SEM对冲击断面和磨损形貌进行观察.结果表明,连续碳纤维增强滑板的冲击性能和耐磨性明显优于短切纤维增强滑板;碳纤维含量对滑板的机械性能影响较大;纤维与树脂...     

层状结构受电弓滑板制备工艺的研究

采用正交试验方法优化受电弓滑板的制备工艺,通过测试滑板的冲击性能、电阻率、磨损性能,确定其最佳制备工艺;利用电子探针对磨损后的表面进行了观察,并分析了受电弓滑板的磨损机理.结果表明,受电弓滑板的主要磨损形式是粘着磨损及磨粒磨损,模压温度和加压时机对滑板的综合性能影响较大.分析得到最佳制备工艺参数为:模压温度T=170℃,单位厚度保压时间t=5min/mm,压力P=60MPa,加压时机t_p=3min.     

连续炭纤维增强受电弓滑板致密化及其性能

滑动受流条件下,树脂基滑板材料的温升会影响滑板使用的稳定性。采用炭化-液相浸渍法对滑板进行热稳定性及致密化处理,系统分析了热处理前后滑板性能的变化,并对致密化效果进行评价,利用磨损表面扫描图像分析摩擦磨损机理。结果表明:经过800℃热处理后,滑板的耐温性提高;热处理及浸渍后,受电弓滑板试样电阻率明显减小,热处理之后电阻率降低约100%;冲击强度降低,摩擦因数增大,体积磨损量增加;经过4次致密化处理后,滑板的气孔率下降约45%;冲击性能和摩擦磨损性能有所提高;未热处理的受电弓滑板在摩擦过程中主要的机械磨损形式是磨粒磨损和黏着磨损;热处理后磨粒磨损是主要磨损形式。     

滑移速度对铜石墨滑板材料摩擦性能的影响

为研究铜石墨滑板材料在不同滑移速度下的摩擦性能,从摩擦机理角度建立了滑板材料摩擦性能与滑移速度关系的理论模型,假定材料摩擦性能和滑移速度之间存在抛物线型关系,即存在一个最佳滑移速度区域,当滑移速度接近或处于此区域时,摩擦接触面石墨层的形成量和消耗量趋于平衡,材料表面形成了完整的石墨层,铜石墨滑板材料具有稳定的摩擦性能.在不同滑移速度下进行摩擦实验,采用扫描电镜分析磨损表面形貌,结果证明了理论模型的正确性.     

受电弓滑板载流磨损行为及其磨损面微结构研究进展

受电弓滑板是电力机车将电网电流取为己用的滑动电接触部件,滑板/接触线磨损过程涉及非常规工况或极端工况下的摩擦学问题。研究受电弓滑板载流磨损行为及其磨损面微结构的演变规律是提高滑板材料耐磨性能的关键。综述了受电弓滑板材料的载流磨损行为及其磨损面微结构特征的研究现状,重点阐述了在电弧侵蚀作用下滑板材料磨损面微结构的变化及其对应的磨损机制。提出探究磨损面精细结构的演变是掌握摩擦副的磨损机理和调控其磨损行为的关键。     

感应烧结石墨/铜铁基高温自润滑复合材料摩擦学性能研究

通过基体合金化和添加不同含量的石墨,采用感应加热烧结的方法制备了石墨/铜铁基高温自润滑复合材料,在力学性能试验机和MRH-3摩擦磨损试验机上考察了复合材料从室温～500℃温度条件下的力学和摩擦磨损性能,利用扫描电镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了摩擦磨损机理。结果表明,复合材料的力学和摩擦磨损性能与感应加热频率和石墨含量有关;在室温条件下,随着石墨含量的升高复合材料的力学性能变差而减磨自润滑效果变好,在室温～500℃条件下,选用合适的感应加热频率和石墨的含量可以使石墨/铜铁基自润滑材料保持良好的耐磨性;而复合材料的磨损机制由粘着磨损变为犁沟磨损。     

碳纤维及石墨填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M-200型环-块摩擦磨损试验机对石墨(Gr.)及碳纤维(CF)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,探讨了石墨及碳纤维的协同润滑效应.认为碳纤维的加入大大提高了复合材料的承载能力,石墨的加入减小了碳纤维表面与对偶的摩擦系数,从而降低了碳纤维的脱落趋势,提高了复合材料的耐磨性.利用扫描电子显微镜(SEM)对PTFE复合材料的摩擦面及对偶转移膜进行了观察.结果表明,本实验中20%的石墨和10%碳纤维填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能最好,且在高载荷下的摩擦磨损性能尤为突出,具有一定的应用价值.     

碳纤维含量对碳纤维／中铜石墨复合材料减摩耐磨性能的影响

在干磨擦条件下，对不同碳纤维含量的碳纤维／中铜石墨复合材料，进行了５０ｈ的摩擦磨损试验并借助扫描电镜观察了综们的磨面，结果表明，随碳纤维 增加，碳纤维．中铜石墨复合材料的摩擦系数和磨损量均明显减少。     

几种喉衬材料断裂韧性的比较

测试了几种石墨、毡基C／C、多维编织C／C及石墨渗铜材料的断裂韧性，定性地比较了它们之间的抗断裂能力，并对材料的微观结构和断裂机理作了简要的分析。石墨渗铜材料的断裂韧性与高强石墨相比基本相当，主要是由于铜相与石墨结合强度低而未能发挥铜相增韧的作用。毡基C／C材料的断裂韧性明显优于石墨渗铜材料和石墨，以两种不同基体炭为基体的毡基C／C的KIC值基本相同。多维编织C／C材料中纤维含量及分布与材料的断裂性能密切相关。     

缠绕成型混杂纤维复合材料静态拉伸性能研究

研究了T700碳纤维/玻璃纤维、T700碳纤维/玄武岩纤维不同纤维配比混杂材料的层合板拉伸性能。结果表明,混杂纤维层合板的拉伸性能随着碳纤维含量提高而提高;高断裂位移的纤维可以提高混杂纤维复合材料的断裂伸长率。复合材料模量混杂公式得到的理论值与实际测量值比较接近;加入玻璃纤维或玄武岩纤维可以提高复合材料的韧性,同时节省成本。     

A novel carbon-based nanocomposite plate as a counter electrode for dye-sensitized solar cells

This study develops cost effective and high performance composite conductive plates for use in dye-sensitized solar cells (DSSCs). Composite plates with various graphite contents at a constant carbon nanotube (CNT) loading were prepared by bulk molding compound (BMC) process. Results show that the bulk electrical resistance of the composite plate gradually decreases from 6.7 mΩ cm to 1.7 mΩ cm as the graphite content increases, which is due to the formation of efficient electronic conducting networks. For DSSCs, the composite plates may be suitable substitutes for the conductive glass plates in the counter electrodes substrates of DSSCs. Results reveal that composite plates at the optimum level (80 wt.% graphite loading) provide lower cell resistance, lower preparation cost and higher cell performance than common conductive glass plates. Therefore, in order to decrease the cost of the cells and to maintain good cell performance, this graphite-like composite plate prepared by the BMC process is a promising substitute component for DSSCs.     

Manufacture of a polymer-based carbon nanocomposite as bipolar plate of proton exchange membrane fuel cells

The aim of this paper is to prepare a polymer-based carbon nanocomposite reinforced by carbon fiber cloth (CF) to be utilized as bipolar plate of proton exchange membrane (PEM) fuel cell. For this purpose, some single, double, and triple-filler composites were manufactured by using phenolic resin as polymer (P) and graphite (G), carbon fiber (CF) and expanded graphite (EG) as fillers. The production method was compression-molding technique. The electrical conductivity, flexural strength, toughness, hardness, porosity, and hydrogen permeability tests were then measured to determine the mechanical and physical properties. A triple-filler composite containing 45 wt.% G, 10 wt.% CF, 5 wt.% EG, reinforced by a layer of CF cloth, was selected as composite bipolar plate. The electrical conductivity, thermal conductivity, and flexural strength of this composite were 74 S/cm, 9.6 W/m K, and 74 MPa, respectively, which are higher than the specified value by department of energy in USA (DOE). The composite bipolar plate used in the single fuel cell assembly showed a maximum power density 810 mW/cm². In this paper, a material selection was performed on the different materials of bipolar plates. It can be concluded that the composite bipolar plates are more suitable for high life time stationary applications.     

Effects of hybrid carbon fillers of polymer composite bipolar plates on the performance of direct methanol fuel cells

The effects of carbon filler type on the properties and performance of composite bipolar plates fabricated by compression molding of carbon fillers such as graphite, carbon black (CB), multi-walled carbon nanotube (MWNT), carbon fiber (CF) and powder type epoxy have been investigated. The electrical conductivity and flexural properties of the composites are increased by increasing the content of fibrous conducting fillers, e.g. MWNT and CF. On the contrary, incorporation of particulate fillers such as CB and graphite plays a significant role in enhancing the electrical conductivity but has a negative effect on the flexural properties of the composites. The current–voltage curve of the fuel cell indicates that the performance of the fuel cell is improved upon selection of an optimum amount of carbon filler in the composite bipolar plates.