新型高性能受電弓材料的研究與開發(fā).pdf

1、鐵路的電氣化和高速化是目前世界鐵路運(yùn)輸發(fā)展的趨勢(shì)。隨著我國列車速度的不斷提高，研制性能優(yōu)良的受電弓滑板材料成為我國研究學(xué)者追求的目標(biāo)。炭滑板因其電阻率較大，而且強(qiáng)度不足易發(fā)生事故；浸金屬滑板的制備工藝復(fù)雜，造價(jià)高；而傳統(tǒng)的粉末冶金受電弓滑板對(duì)導(dǎo)線的磨耗嚴(yán)重。為了解決這些滑板存在的問題，本文嘗試制備性能優(yōu)良的陶瓷顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。碳硅化鈦(Ti3SiC2)作為一種新型結(jié)構(gòu)-功能陶瓷材料，具有金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，如低密度、高熔點(diǎn)、良好

2、的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、高彈性模量、高斷裂韌性、易加工等，同時(shí)還具有超低的摩擦系數(shù)和優(yōu)良的自潤滑性能。二硼化鈦顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料也因具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性以及良好的高溫性能而廣泛地應(yīng)用于電接觸材料。故課題將嘗試將二硼化鈦強(qiáng)化銅與碳硅化鈦彌散強(qiáng)化銅結(jié)合，制備TiB2/Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料。該材料將綜合二硼化鈦、碳硅化鈦和銅的優(yōu)良性能，從而成為一種值得研究的新型高性能受電弓滑板材料。
　　 本文重點(diǎn)研究了增強(qiáng)相二硼化鈦及碳硅化鈦顆粒表

3、面化學(xué)鍍銅，應(yīng)用X-射線衍射結(jié)合掃描電鏡研究增強(qiáng)相顆粒表面的鍍銅相組成及顯微結(jié)構(gòu)特征。通過在二硼化鈦、碳硅化鈦表面化學(xué)鍍銅來解決其與銅的潤濕性問題；通過球磨混料法來解決各相的分散性問題。
　　 本文通過調(diào)整原料的起始配比、燒結(jié)溫度、冷壓成型壓力及增強(qiáng)相碳硅化鈦粒徑等工藝參數(shù)，探索制備性能優(yōu)異的TiB2/Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料。重點(diǎn)研究了在850℃、950℃和1050℃三個(gè)溫度點(diǎn)下，成型壓力0～40MPa，Ti3SiC2粒徑

4、100～400目，采用無壓燒結(jié)制備Ti3SiC2體積含量為10％、20％，二硼化鈦體積含量為0～30％，其余為銅粉的復(fù)合材料的性能。在確定最優(yōu)工藝與最佳配比后，進(jìn)行無壓燒結(jié)與熱壓燒結(jié)性能對(duì)比。應(yīng)用四探針電阻率測(cè)量儀、HB-3000布氏硬度計(jì)、MTS-810型材料試驗(yàn)機(jī)及JB-5型沖擊試驗(yàn)機(jī)研究復(fù)合材料的電性能和力學(xué)性能，應(yīng)用掃描電鏡結(jié)合電子能譜研究復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)及斷裂機(jī)制。
　　 研究結(jié)果表明，無壓950℃，成型壓力40MPa

5、，保溫2.0h，Ti3SiC2平均粒徑75μm條件下，在碳硅化鈦含量為10％，二硼化鈦含量為4％時(shí)復(fù)合材料的綜合性能最佳。其電阻率為7.437μΩ·cm，硬度為67.5HBS，拉伸強(qiáng)度為71.597MPa。在其它工藝相同情況下，采用熱壓燒結(jié)此試樣，其綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于無壓燒結(jié)試樣。其電阻率為5.337μΩ·cm，硬度為95HBS，拉伸強(qiáng)度為258.94MPa，沖擊韌性為3.47J/cm2。通過金相照片可見在二硼化鈦含量較低時(shí)，各增強(qiáng)相在基體