论文摘要
受电弓滑板是电力机车从电网上获取电能的重要部件,它安装在机车的顶部,机车运行时,直接与电网接触。随着列车速度的不断提高,对滑板性能的要求越来越高,研制一种性能优良的受电弓滑板材料已成为学者追求的目标。金属滑板机械强度高,导电性好,成本低,但是对接触导线磨耗大。纯碳滑板自润滑性能好,耐高温,但是电阻率较大,且强度不足易发生事故。而浸金属碳滑板虽然导电性和润滑性能较好,但是制备工艺复杂,造价高。为了解决这些问题,课题尝试制备性能优良的石墨层状复合材料。天然石墨具有金属和陶瓷的优良性能（熔点高、密度小、导电导热性良好、易加工等）,同时还具有优良的自润滑性能。课题尝试先利用酚醛树脂和无机填料制备具有胶黏性的浆料,再采用浆料涂刷法制备石墨纸叠层预成型体,并在真空下进行热压烧结,制备石墨层状复合材料（软-硬交替叠层）。利用万能试验机和摩擦磨损试验机分别测试材料的力学性能和摩擦磨损性能,应用X射线衍射对材料进行物相分析,并结合光学显微镜和扫描电镜研究胶层的显微形貌及磨损表面形貌。通过调整烧结温度、浆料中无机填料种类、原料的配比等工艺参数,探索制备了性能优异的石墨层状复合材料。在1000℃,1200℃,1420℃,1600℃四个温度点,酚醛树脂与硅粉的质量比为1：1的情况下,采用热压烧结制备了复合材料。通过对比确定在1200℃下制备的材料的性能最优。在确定了最佳烧结温度后,调节硅粉与树脂的比例,研究硅粉与树脂的比例对复合材料的力学性能和摩擦磨损性能的影响,应用光学显微镜研究复合材料断裂机制及磨损表面形貌。研究结果表明：硅粉含量为42.58%时,材料自身的综合性能较好,垂直和平行于叠层方向的抗弯强度分别为41.79Mpa、59.28Mpa,断裂功为41.82KJ/m3,摩擦系数0.145,磨损率3.07×10-15m3·N-1·m-1。然而此时含硅的间隔硬层表面粗糙,使对摩的钢环产生了较严重的磨损。为了改善硬层的成膜性,降低其对摩擦对偶材料的磨损,通过在填料中添加石墨粉,并保持树脂和填料比一定的情况下调节石墨的含量,结合XL30SEM环境扫描显微镜重点研究材料的磨损表面及摩擦磨损机理。结果表明：当石墨含量为30%时,材料的摩擦磨损性能最佳,此时硬质层形成了完整的润滑膜,磨损率为0.662× 10-15 m3·N-1·m-1。为进一步提高材料的性能,本文通过添加纳米级白炭黑颗粒,使材料的性能有了明显的提高,此时体积密度1.762 g/cm3,气孔率7.89%,垂直于层面的抗弯强度45.13Mpa,摩擦系数0.124,磨损率1.112×10-15 m3·N-1·m-1。