本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種汽車起動機(jī)碳刷材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

碳刷是電機(jī)的重要組成部件，它的功能是在電機(jī)的固定部件與旋轉(zhuǎn)部件換向器或集電環(huán)之間傳導(dǎo)電流，其性能好壞直接影響電機(jī)的正常運(yùn)行。與普通機(jī)械摩擦磨損相比，碳刷材料在電機(jī)運(yùn)行過程中存在多種機(jī)械摩擦磨損機(jī)理，同時伴隨著電弧燒蝕電磨損。汽車起動電機(jī)磨損條件復(fù)雜，要求碳刷材料具有大的載流能力、優(yōu)良的換向性能和滑動接觸性能，而常規(guī)的碳刷在高密度載流條件下會出現(xiàn)磨損加劇和嚴(yán)重的電弧燒蝕等現(xiàn)象，無法滿足使用要求。所以，當(dāng)前迫切需要研究開發(fā)長壽命的高性能碳刷材料以滿足汽車起動機(jī)的要求。

目前提高碳刷材料的綜合性能主要通過基體合金化、對石墨進(jìn)行表面處理和加入適量添加物這三種方式進(jìn)行的。

CN 106384924 A中公開了一種氧化鑭摻雜改性的銅基石墨電機(jī)碳刷及其制備方法，該碳刷材料以天然鱗片石墨、多孔碳粉以及銅粉、青銅粉復(fù)配作為基料，并加入氧化鑭進(jìn)行改性處理，改善燒結(jié)性能。但是其制備的碳刷材料的硬度和抗彎強(qiáng)度仍然不足。

韓紹昌等通過添加Cr來改變銅與石墨的潤濕性，雖然復(fù)合材料的電阻率有一定的降低，但是對材料耐磨性能提高的程度卻是有限的(參見“鉻對改善銅與炭石墨材料潤濕性的作用”，韓紹昌，李學(xué)謙，湖南大學(xué)學(xué)報(bào),1998(5):30-33)。

此外，對石墨進(jìn)行鍍銅處理在一定程度上彌補(bǔ)了之前的不足，不僅實(shí)現(xiàn)了銅與石墨均勻的分布，而且提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性、抗彎強(qiáng)度和延展性，但是復(fù)合材料的密度降低嚴(yán)重，導(dǎo)致在摩擦磨損過程中沒有足夠的碳微粒參加潤滑膜的形成，不利于換向的穩(wěn)定性和碳刷材料的壽命。通過加入SiC顆?？筛纳沏~基體在磨損過程中的變形程度，但是SiC作為陶瓷相粒子，對復(fù)合材料的導(dǎo)電性能將造成不利的影響；SiO₂的引入雖然改善了復(fù)合材料的摩擦磨損性能，但是可引入氧化磨損，對電機(jī)的運(yùn)行和穩(wěn)定換向也會帶來不利影響。

為獲得兼具良好導(dǎo)電性和耐磨性的低成本長壽命銅-石墨碳刷，需要綜合考慮材料制造成本、工藝性、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、力學(xué)性能和摩擦磨損性能之間合理匹配，合理地設(shè)計(jì)材料組成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碳刷材料及其制備方法，通過引入羰基鐵粉對基體進(jìn)行強(qiáng)化，選用微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨進(jìn)行合理匹配，得到了具有良好導(dǎo)電性和耐磨性的銅-石墨碳刷材料，該碳刷材料同時具有良好的導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能，延長了碳刷的使用壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種碳刷材料，所述碳刷材料按質(zhì)量份由以下組分制備得到：

所述石墨為微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的組合，微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的質(zhì)量比為(0.66-1.5):1。

本發(fā)明引入基體強(qiáng)化組元羰基鐵粉，提高了碳刷材料的強(qiáng)度和硬度；通過選用不同粒度的微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的合理匹配改善了石墨分布的均勻性以及石墨與基體的界面結(jié)合能力，進(jìn)一步提高了碳刷材料的強(qiáng)度?；w強(qiáng)化組元和經(jīng)過合理匹配的潤滑組元之間產(chǎn)生協(xié)同作用，電摩擦過程中在摩擦面形成了一層厚度適中，均勻穩(wěn)定的摩擦膜，有效保證了碳刷運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，大大降低了碳刷材料的磨損率。

上述產(chǎn)生協(xié)同作用的基體強(qiáng)化組元是指羰基鐵粉，合理匹配的潤滑組元是指質(zhì)量比為(0.66-1.5):1的微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨。

所述銅粉為基體組元，其含量為60-64份，例如可以是60份、61份、62份、63份或64份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

所述石墨為潤滑組元，其含量為32-38份，例如可以是32份、33份、34份、35份、36份、37份或38份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

所述二硫化鉬為潤滑組元，其含量為3-6份，例如可以是3份、4份、5份或6份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

所述錫粉為基體增強(qiáng)組元，其含量為1-1.5份，例如可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

所述羰基鐵粉為基體強(qiáng)化組元，其含量為0.4-0.6份，例如可以是0.4份、0.45份、0.5份、0.55份或0.6份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

羰基鐵粉的加入能夠提高基體銅的強(qiáng)度和硬度，作為基體強(qiáng)化組元和合理匹配的潤滑組元產(chǎn)生協(xié)同作用，在電摩擦過程中產(chǎn)生摩擦膜。

羰基鐵粉含量過高會導(dǎo)致基體摩擦系數(shù)提高磨損率增大，含量過低則起不到強(qiáng)化基體的作用。

所述碳化硅為摩擦組元，其含量為0-0.2份，例如可以是0份、0.05份、0.1份、0.15份或0.2份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

所述二氧化硅為摩擦組元，其含量為0-0.2份，例如可以是0份、0.05份、0.1份、0.15份或0.2份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

所述硅為摩擦組元，其含量為0-0.5份，例如可以是0份、0.1份、0.2份、0.3份、0.4份或0.5份，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述碳刷材料含有摩擦組元，所述摩擦組元為碳化硅、二氧化硅或硅中的任意一種或至少兩種的組合，例如可以是碳化硅、二氧化硅或硅中的任意一種，典型但非限定的組合為：碳化硅和二氧化硅；碳化硅和硅；二氧化硅和硅；碳化硅、二氧化硅和硅。

本發(fā)明引入碳化硅、二氧化硅和硅三種摩擦組元，并在其成分設(shè)計(jì)上使之合理匹配，能夠有效的改善碳刷材料的摩擦磨損性能，并且由于各個摩擦組元含量都非常少，其幾乎不會對碳刷材料的其他性能產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)本發(fā)明，所述石墨為微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的組合。所述微細(xì)石墨是指粒度為20-48微米的石墨，所述膠質(zhì)石墨是指表面經(jīng)過活性處理后已經(jīng)形成具有粘性膠質(zhì)體的石墨。

根據(jù)本發(fā)明，所述微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的質(zhì)量比為(0.66-1.5):1，例如可以是0.66:1、0.67:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的合理匹配改善了石墨分布的均勻性以及石墨與基體的界面結(jié)合能力。在電摩擦過程中，其可以和基體強(qiáng)化組產(chǎn)生協(xié)同作用，促進(jìn)摩擦膜的形成。

當(dāng)微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的質(zhì)量比過高，會導(dǎo)致石墨與基體銅的結(jié)合強(qiáng)度不夠，質(zhì)量比過低，則會造成石墨在基體銅中分布不夠均勻。

本發(fā)明中所述微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1。微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨1:1的匹配，能夠使碳刷材料中潤滑組元石墨在基體銅中均勻分布，且與基體保持較高的結(jié)合強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明，所述銅粉為電解銅粉，電解銅粉成形性能好、燒結(jié)活性高，有利于得到性能優(yōu)異的碳刷材料。

根據(jù)本發(fā)明，所述銅粉的粒度為-200目，即其粒徑小于等于75μm，例如可以是75μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、1μm或0.1μm等，以及小于75μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述錫粉的粒度為-300目，即其粒徑小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述羰基鐵粉的粒徑為6-8μm，例如可以是6μm、6.5μm、7μm、7.5μm或8μm，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述二硫化鉬的粒度為-325目，即其粒徑小于等于45μm，例如可以是45μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于45μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述微細(xì)石墨的粒度為-300目，即其粒徑小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述膠質(zhì)石墨的粒度為-80目，即其粒徑小于等于180μm，例如可以是180μm、150μm、120μm、90μm、60μm、30μm、10μm、1μm或0.1μm等，以及小于180μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述碳化硅的粒度為-300目，即其粒徑小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述二氧化硅的粒度為-300目，即其粒徑小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，所述硅的粒度為-300目，即其粒徑小于等于48μm，例如可以是48μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、3μm、1μm或0.1μm等，以及小于48μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

將上述各組分的粒度控制在所述范圍內(nèi)，有助于電刷材料微觀組織結(jié)構(gòu)的均勻性，以及其物理機(jī)械性能的保證。

第二方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的碳刷材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)按配方量將各組分進(jìn)行混料；

(2)將步驟(1)得到的混合料預(yù)壓，破碎后過篩制粒；

(3)將步驟(2)過篩制粒后得到的樣品在模具中壓制，脫模后得到毛胚；

(4)將步驟(3)得到的毛胚在還原性氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)完成后冷卻出爐，得到碳刷材料。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述混料在V型混料機(jī)中進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述混料的時間為90-120min，例如可以是90min、95min、100min、105min、110min、115min或120min，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述混料的速度為35-45r/min，例如可以是35r/min、37r/min、39r/min、41r/min、43r/min或45r/min，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

優(yōu)選地，步驟(2)所述預(yù)壓的壓力為5-10MPa，例如可以是5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa或10MPa，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)所述預(yù)壓的時間為1-3s，例如可以是1s、1.5s、2s、2.5s或3s，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

本發(fā)明中步驟(2)所述預(yù)壓的時間優(yōu)選為2s。

預(yù)壓的目的是可以使成分均勻性鎖定，不會因?yàn)榻M分密度偏差大而造成成分偏析，在上述優(yōu)選的預(yù)壓時間內(nèi)，成分的均勻度最高。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)所述過篩制粒后得到樣品的粒度為-50目，即其粒徑小于等于270μm，例如可以是270μm、240μm、210μm、180μm、150μm、120μm、90μm、60μm、30μm、10μm、1μm或0.1μm等，以及小于270μm的其他粒徑，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，其特征在于，步驟(3)所述壓制的壓力為150-220MPa，例如可以是150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa、200MPa、210MPa或220MPa，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)所述壓制的方式為雙向壓制。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)所述壓制的時間為1-3s，例如可以是1s、1.5s、2s、2.5s或3s，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

本發(fā)明中步驟(3)所述壓制的時間優(yōu)選為2s。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(4)所述還原性氣氛為氫氣、氨氣或一氧化碳中的任意一種或至少兩種的組合，例如可以是氫氣、氨氣或一氧化碳中的任意一種，典型但非限定性的組合為氫氣和氨氣，氫氣和一氧化碳，氨氣和一氧化碳，氫氣、氨氣和一氧化碳。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(4)所述燒結(jié)的溫度為880-950℃，例如可以是880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃或950℃，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(4)所述燒結(jié)的升溫速率為8-10℃/min，例如可以是8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min或10℃/min，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(4)所述燒結(jié)的時間為1.5-3h，例如可以是1.5h、2h、2.5h或3h，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

本發(fā)明中步驟(4)所述燒結(jié)的時間優(yōu)選為2h。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(4)所述燒結(jié)完成后冷卻至30-100℃出爐，例如可以冷卻至30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(4)所述冷卻的冷卻速率為6-8℃/min，例如可以是6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min或8℃/min，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

作為優(yōu)選地技術(shù)方案，所述碳刷材料的制備方法包括以下步驟：

(1)按配方量將碳化硅、二氧化硅或硅中的至少一種和銅粉、石墨、錫粉、羰基鐵粉以及二硫化鉬在V型混料機(jī)中混合90-120min，控制混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為35-45r/min；

(2)將步驟(1)得到的混合料在5-10MPa下預(yù)壓1-3s，破碎后過篩得到粒度為-50目的樣品；

(3)將步驟(2)得到的樣品置于模具中，在150-220MPa的壓力下雙向壓制1-3s，脫模后得到毛胚；

(4)將步驟(3)得到的毛胚置于還原性氣氛中，以8-10℃/min的速率升溫至880-950℃燒結(jié)1.5-3h，然后以6-8℃/min的速率冷卻至30-100℃出爐，得到碳刷材料。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述碳刷材料的制備方法包括以下步驟：

(1)按配方量將碳化硅、二氧化硅或硅中的至少一種和銅粉、石墨、錫粉、羰基鐵粉以及二硫化鉬在V型混料機(jī)中混合100min，控制混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為38r/min；

(2)將步驟(1)得到的混合料在5-10MPa下預(yù)壓2s，破碎后過篩得到粒度為-50目的樣品；

(3)將步驟(2)得到的樣品置于模具中，在160MPa的壓力下雙向壓制2s，脫模后得到毛胚；

(4)將步驟(3)得到的毛胚置于還原性氣氛中，以10℃/min的速率升溫至880-950℃燒結(jié)2h，然后以8℃/min的速率冷卻至80℃出爐，得到碳刷材料。

第三方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的碳刷材料的用途，所述碳刷材料應(yīng)用于汽車起動機(jī)中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下技術(shù)效果：

(1)通過羰基鐵粉對基體銅的強(qiáng)化，大大提高了碳刷材料的強(qiáng)度和硬度，進(jìn)而改善了材料的耐磨性能。

(2)通過潤滑組元粗細(xì)石墨的合理搭配，得到了石墨分散均勻的碳刷材料組織結(jié)構(gòu)，有效的兼顧了碳刷材料的強(qiáng)度及導(dǎo)電性。

(3)通過基體強(qiáng)化組元以及潤滑組元的合理匹配，二者產(chǎn)生協(xié)同作用，使得本發(fā)明所制備的碳刷材料在電摩擦過程中在摩擦面形成了一層厚度適中，均勻穩(wěn)定的摩擦膜，有效保證了碳刷運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，大大降低了碳刷材料的磨損率。

(4)通過對摩擦組元成分的合理設(shè)計(jì)，在不降低其他性能的基礎(chǔ)上，改善了碳刷材料的摩擦磨損性能。

(5)本發(fā)明制備的銅-石墨碳刷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性能和導(dǎo)電性等特點(diǎn)，大大延長了使用壽命，應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的碳刷材料的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的碳刷材料的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。

本發(fā)明具體實(shí)施例部分提供了一種碳刷材料的制備方法，所述方法包括：

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉60-64份；石墨32-38份；二硫化鉬3-6份；錫粉1-1.5份；羰基鐵粉0.4-0.6份；碳化硅0-0.2份；二氧化硅0-0.2份；硅0-0.5份；所述石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比(0.66-1.5):1匹配組成。

按以下方法制備碳刷：

(1)按配方量將各組分進(jìn)行混料；

(2)將步驟(1)得到的混合料預(yù)壓，破碎后過篩制粒；

(3)將步驟(2)過篩制粒后得到的樣品在模具中壓制，脫模后得到毛胚；

(4)將步驟(3)得到的毛胚在還原性氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)完成后冷卻出爐，得到碳刷材料。

以下為本發(fā)明典型但非限制性實(shí)施例：

實(shí)施例1

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32份；錫粉1份；羰基鐵粉0.4份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。

按照以下方法制備碳刷：

(1)按上述配方量稱取銅粉、石墨、二硫化鉬、錫粉、羰基鐵粉、碳化硅、二氧化硅和硅備用，將上述原料在V型混料機(jī)中進(jìn)行混料，調(diào)整混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為35r/min，混料時間90min；

(2)將步驟(1)所得混合料在在5Mpa的壓力下預(yù)壓3s，然后破碎過篩制粒，得到-50目的樣品；

(3)將步驟(2)制粒后的樣品倒入鋼模中，在150MPa的壓力下，雙向壓制3秒，隨后脫模得到毛坯；

(4)將步驟(2)得到的毛胚置于氫氣氣氛中，以10℃/min的速率升溫至880℃，保溫3小時，然后以6℃/min的速率均勻冷卻至80℃出爐，得到燒結(jié)完成的碳刷材料。

對本實(shí)施例制備的碳刷材料進(jìn)行SEM表征，如圖1所示，所得碳刷材料的摩擦組元和潤滑組元在基體銅中均勻分布，與基體的界面結(jié)合良好。

實(shí)施例2

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬6份；石墨38份；錫粉1.5份；羰基鐵粉0.6份；碳化硅0.1份；二氧化硅0.1份；硅0.5份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。

按照以下方法制備碳刷：

(1)按上述配方量稱取銅粉、石墨、二硫化鉬、錫粉、羰基鐵粉、碳化硅、二氧化硅和硅備用，將上述原料在V型混料機(jī)中進(jìn)行混料，調(diào)整混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為45r/min，混料時間120min；

(2)將步驟(1)所得混合料在在10Mpa的壓力下預(yù)壓1s，然后破碎過篩制粒，得到-50目的樣品；

(3)將步驟(2)制粒后的樣品倒入鋼模中，在220MPa的壓力下，雙向壓制1秒，隨后脫模得到毛坯；

(4)將步驟(2)得到的毛胚置于氫氣氣氛中，以8℃/min的速率升溫至950℃，保溫1.5小時，然后以8℃/min的速率均勻冷卻至30℃出爐，得到燒結(jié)完成的碳刷材料。

對本實(shí)施例制備的碳刷材料進(jìn)行SEM表征，如圖2所示，所得碳刷材料的摩擦組元和潤滑組元在基體銅中均勻分布，與基體的界面結(jié)合良好。

實(shí)施例3

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉62份；二硫化鉬5份；石墨36份；錫粉1.2份；羰基鐵粉0.5份；碳化硅0.1份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。

按照以下方法制備碳刷：

(1)按上述配方量稱取銅粉、石墨、二硫化鉬、錫粉、羰基鐵粉、碳化硅、二氧化硅和硅備用，將上述原料在V型混料機(jī)中進(jìn)行混料，調(diào)整混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為40r/min，混料時間100min；

(2)將步驟(1)所得混合料在在8Mpa的壓力下預(yù)壓2s，然后破碎過篩制粒，得到-50目的樣品；

(3)將步驟(2)制粒后的樣品倒入鋼模中，在185MPa的壓力下，雙向壓制2秒，隨后脫模得到毛坯；

(4)將步驟(2)得到的毛胚置于氫氣氣氛中，以9℃/min的速率升溫至920℃，保溫2小時，然后以7℃/min的速率均勻冷卻至50℃出爐，得到燒結(jié)完成的碳刷材料。

實(shí)施例4

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉61份；二硫化鉬4份；石墨33份；錫粉1.3份；羰基鐵粉0.5份；硅0.5份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比2:3匹配組成。

除了配方中無碳化硅和二氧化硅，其他制備步驟與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例5

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉61份；二硫化鉬4份；石墨33份；錫粉1.3份；羰基鐵粉0.5份；碳化硅0.05份；硅0.15份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比3:2匹配組成。

除了配方中無二氧化硅，其他制備步驟與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例6

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉62份；二硫化鉬5份；石墨37份；錫粉1.1份；羰基鐵粉0.5份；碳化硅0.05份；二氧化硅0.1份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。

按照以下方法制備碳刷：

(1)按上述配方量稱取銅粉、石墨、二硫化鉬、錫粉、羰基鐵粉、碳化硅和二氧化硅備用，將上述原料在V型混料機(jī)中進(jìn)行混料，調(diào)整混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為38r/min，混料時間100min；

(2)將步驟(1)所得混合料在在5Mpa的壓力下預(yù)壓2s，然后破碎過篩制粒，得到-50目的樣品；

(3)將步驟(2)制粒后的樣品倒入鋼模中，在160MPa的壓力下，雙向壓制2秒，隨后脫模得到毛坯；

(4)將步驟(2)得到的毛胚置于氫氣氣氛中，以10℃/min的速率升溫至900℃，保溫2小時，然后以8℃/min的速率均勻冷卻至80℃出爐，得到燒結(jié)完成的碳刷材料。

實(shí)施例7

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉61.5份；二硫化鉬6份；石墨33份；錫粉1.3份；羰基鐵粉0.45份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。

除了配方中無碳化硅、二氧化硅和硅，其他制備步驟與實(shí)施例1相同。

對比例1

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32.4份；錫粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。(即不使用羰基鐵粉)

按照以下方法制備碳刷：

除了配方中無羰基鐵粉，其他制備步驟與實(shí)施例1均相同。

對比例2

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32份；錫粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:2匹配組成。(即微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的比例過低)

制備方法同實(shí)施例1。

對比例3

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32份；錫粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比2:1匹配組成。(即微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨的比例過高)

制備方法同實(shí)施例1。

對比例4

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32份；錫粉1份；羰基鐵粉0.1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。(即羰基鐵粉含量過低)

制備方法同實(shí)施例1。

對比例5

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32份；錫粉1份；羰基鐵粉1份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。(即羰基鐵粉含量過高)

制備方法同實(shí)施例1。

對比例6

按以下組分進(jìn)行配料：

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32份；錫粉1份；鐵粉0.4份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨由微細(xì)石墨和膠質(zhì)石墨按質(zhì)量比1:1匹配組成。(即將羰基鐵粉替換為鐵粉)

除了配方中將羰基鐵粉替換為鐵粉，其他制備步驟與實(shí)施例1相同。

對比例7

銅粉63份；二硫化鉬3份；石墨32份；錫粉1份；羰基鐵粉0.4份；碳化硅0.2份；二氧化硅0.1份；硅0.3份；其中石墨為粒度為-200目的普通石墨。

制備方法同實(shí)施例1。

性能測試：

測定實(shí)施例1-7和對比例1-7中得到的碳刷材料的各項(xiàng)性能，測試結(jié)果如表1所示。

電摩擦實(shí)驗(yàn)：采用電機(jī)轉(zhuǎn)子與電刷對磨，電刷通過電流密度67A/cm²，接觸壓強(qiáng)0.23MPa，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度1000r/min，連續(xù)對磨32小時后測量電刷的長度尺寸磨損量和重量的變化值，從而通過計(jì)算得到電刷每小時的線性尺寸磨損和重量磨損的平均值。

其他性能的測試均采用本領(lǐng)域公知的測試手段進(jìn)行。

表1

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。