本发明涉及碳刷材料制备，具体涉及一种高导电性碳刷材料及其制备方法。
背景技术：
1、碳刷是电机的重要组成部件，它的功能是在电机的固定部件与旋转部件换向器或集电环之间传导电流，其性能好坏直接影响电机的正常运行。与普通机械摩擦磨损相比，碳刷材料在电机运行过程中存在多种机械摩擦磨损机理，同时伴随着电弧烧蚀电磨损。汽车起动电机磨损条件复杂，要求碳刷材料具有大的载流能力、优良的换向性能和滑动接触性能，而常规的碳刷在高密度载流条件下会出现磨损加剧和严重的电弧烧蚀等现象，无法满足使用要求。
2、目前大部分碳刷一般由石墨、金属材料、树脂胶黏剂以及其他助剂，经过烧结成型制成；尽管石墨具有良好的耐磨性，但在实际使用中，存在易磨损的问题，难以克服，如果不提高碳刷的耐磨损性能，必将严重影响到整个设备的使用性能和使用寿命。目前提高碳刷材料的综合性能主要通过基体合金化、对石墨进行表面处理和加入适量添加物这三种方式进行的，例如中国专利文献201710153401.4公开了一种氧化镧掺杂改性的铜基石墨电机碳刷及其制备方法，该碳刷材料以天然鳞片石墨、多孔碳粉以及铜粉、青铜粉复配作为基料，并加入氧化镧进行改性处理，改善烧结性能。但是其制备的碳刷材料的硬度和抗弯强度仍然不足，此外，通过加入sic颗粒虽然可改善铜基体在磨损过程中的变形程度，但是sic作为陶瓷相粒子，对复合材料的导电性能将造成不利的影响；为获得兼具良好导电性和耐磨性的低成本长寿命电机用碳刷材料，需要综合考虑材料制造成本、工艺性、导热性能、导电性能、力学性能和摩擦磨损性能之间合理匹配，合理地设计材料组成。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高导电性碳刷材料及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
3、一种高导电性碳刷材料，以重量份计，包括如下组分的原料：鳞片石墨粉40-50份、膨胀石墨15-25份、铜粉25-30份、沥青粉5-10份、改性炭黑复合材料5-10份、羧甲基纤维素1-3份、硫粉2-4份。
4、具体的，在本发明一些实施例中，鳞片石墨粉可以选择40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
5、本发明中，鳞片石墨具有优良的润滑特性，可以在碳刷与换向器之间形成薄膜，减少摩擦和磨损，从而降低热量产生，延长碳刷的使用寿命，同时鳞片石墨粉可以提升碳刷的导电性能，确保电流的顺畅传导，提高整体电机效率。
6、具体的，在本发明一些实施例中，膨胀石墨可以选择15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
7、本发明中，膨胀石墨的层状结构可以在碳刷与换向器之间形成有效的润滑薄膜，显著降低摩擦系数，减少磨损，从而提高碳刷的使用寿命；同时膨胀石墨的高导热性有助于提高碳刷的散热能力，降低温度，防止因温度升高导致材料变质或性能劣化。
8、具体的，在本发明一些实施例中，铜粉可以选择25份、26份、27份、28份、29份、30份，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
9、本发明中，铜粉具有优良的导电特性，能够显著提高碳刷的电导率；此外，铜具有良好的热导性，铜粉的添加有助于增强碳刷的散热性能，降低工作温度，防止由于过热引起的性能下降。
10、具体的，在本发明一些实施例中，沥青粉可以选择5份、6份、7份、8份、9份、10份，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
11、具体的，在本发明一些实施例中，改性炭黑复合材料可以选择5份、6份、7份、8份、9份、10份，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
12、更为具体的，所述改性炭黑复合材料的制备方法如下：
13、s1、将氯氧化锆加入到盐酸溶液中，然后加入炭黑，搅拌均匀，调节溶液的ph为9-10，继续搅拌1-3h，随后经过滤、干燥，在氮气气氛下煅烧，冷却后研磨过筛，得到炭黑复合材料；
14、s2、将铜盐和铁盐溶解在去离子水中，然后加入炭黑复合材料和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀，随后通入氮气排出空气，在搅拌下滴加naoh溶液，调节溶液的ph为10-12，滴加完毕后继续搅拌1-3h，放入烘箱中进行陈化，再经洗涤、真空干燥，得到铜铁水滑石/炭黑复合材料；
15、s3、将铜铁水滑石/炭黑复合材在还原气氛中进行煅烧，冷却后研磨过筛，即得到改性炭黑复合材料。
16、其中，步骤s1中，氯氧化锆和炭黑的质量比为2-3:5-8，进一步优选为2.4-2.8:6-7。
17、盐酸溶液的质量分数为5-15％，例如可以选择5％、8％、10％、12％、15％。
18、煅烧温度为500-600℃，例如可以选择500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃；煅烧时间为2-5h，例如可以选择2h、3h、4h、5h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19、步骤s2中，铜盐、铁盐、炭黑复合材料和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为8-12:6-8:10-15:1-2。
20、所述铜盐选自可溶性铜盐，例如可以选择氯化铜、硫酸铜或硝酸铜。
21、所述铁盐选自可溶性铁盐，例如可以选择氯化铁、硫酸铁或硝酸铁。
22、步骤s2中，陈化温度为60-80℃，例如可以选择60℃、65℃、70℃、75℃、80℃；陈化时间为8-16h，例如可以选择8h、10h、12h、14h、16h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23、步骤s3中，所述还原气氛为h2气氛或co气氛。
24、步骤s3中，煅烧温度为650-750℃，例如可以选择650℃、670℃、680℃、700℃、720℃、740℃、750℃；煅烧时间为2-4h，例如可以选择2h、2.5h、3h、3.5h、4h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
25、本发明还提供上述高导电性碳刷材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份将各原料投入混合机中混合均匀，在60-80℃下搅拌1-2h，然后进行粉碎，所得粉体过200目筛，得到微粉，将得到的微粉在模具中压制，脱模后得到毛胚，然后在800-850℃下烧结30-60min，在160-180mpa的压力下压制成型，即得到高导电性碳刷材料。
26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
27、本发明提供的高导电性碳刷材料，通过溶胶法在炭黑表面原位生成氧化锆，得到炭黑复合材料，进一步提高了炭黑的耐磨性和硬度，然后将铜铁水滑石负载在炭黑复合材料的表面，随后在还原气氛中进行煅烧，得到铜铁双金属负载炭黑复合材料，铜具有优异的导电性能，铁也具有一定的导电性，将铜铁双金属负载在炭黑复合材料的表面，两者的结合可以提升碳刷材料的综合导电性能，尤其在高频电机应用中，提升效果更加显著，避免了因氧化锆引入导致炭黑导电性下降的问题；同时铜和铁的特性可以互补，铜可以减少摩擦，改善润滑性，而铁则增加硬度和耐磨性，铜和铁在电摩擦过程中能够在摩擦面形成一层厚度适中、均匀稳定的摩擦膜，有效保证了碳刷运行过程中的稳定性，大大降低了碳刷材料的磨损率。
1.一种高导电性碳刷材料，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的原料：鳞片石墨粉40-50份、膨胀石墨15-25份、铜粉25-30份、沥青粉5-10份、改性炭黑复合材料5-10份、羧甲基纤维素1-3份、硫粉2-4份。
2.根据权利要求1所述的高导电性碳刷材料，其特征在于，所述改性炭黑复合材料的制备方法如下：
3.根据权利要求2所述的高导电性碳刷材料，其特征在于，步骤s1中，氯氧化锆和炭黑的质量比为2-3:5-8。
4.根据权利要求2所述的高导电性碳刷材料，其特征在于，步骤s1中，煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为2-5h。
5.根据权利要求2所述的高导电性碳刷材料，其特征在于，步骤s2中，铜盐、铁盐、炭黑复合材料和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为8-12:6-8:10-15:1-2。
6.根据权利要求2所述的高导电性碳刷材料，其特征在于，步骤s2中，陈化温度为60-80℃，陈化时间为8-16h。
7.根据权利要求2所述的高导电性碳刷材料，其特征在于，步骤s3中，所述还原气氛为h2气氛或co气氛。
8.根据权利要求2所述的高导电性碳刷材料，其特征在于，步骤s3中，煅烧温度为650-750℃，煅烧时间为2-4h。
9.如权利要求1-8任一项所述高导电性碳刷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按重量份将各原料投入混合机中混合均匀，在60-80℃下搅拌1-2h，然后进行粉碎，所得粉体过200目筛，得到微粉，将得到的微粉在模具中压制，脱模后得到毛胚，然后在800-850℃下烧结30-60min，在160-180mpa的压力下压制成型，即得到高导电性碳刷材料。
