Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2470898

(19)

RU

(11)

2470898

(13)

C1

(51) МПК C04B35/52 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.12.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011118961/03, 12.05.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

12.05.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 12.05.2011

(45) Опубликовано: 27.12.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2150444 C1, 10.06.2000. RU 2274936 C1, 20.04.2006. RU 2207962 С1, 10.07.2003. RU 2267411 C1, 10.01.2006. ЕР 1210244 В1, 18.01.2006.

Адрес для переписки:

140187, Московская обл., г. Жуковский, ул. Дугина, 6, кв.136, И.С. Гершману

(72) Автор(ы):

Гершман Иосиф Сергеевич (RU),

Пузиков Владимир Яковлевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Гершман Иосиф Сергеевич (RU),

Пузиков Владимир Яковлевич (RU)

(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ КОНТАКТНОГО ТОКОСЪЕМА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к материалам для изготовления из них устройств контактного токосъема, в частности для изготовления токосъемных вставок для железнодорожного транспорта и городского электротранспорта и технологиям их получения. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости токосъемного материала при малых плотностях тока и в отсутствие тока. Материал для изготовления устройств контактного токосъема, включающий графит и коксовый остаток, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кокс и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит - 5,0-30,0; кокс - 50,0-80,0; железный порошок - 0,5-1,5; коксовый остаток - остальное. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к материалам для изготовления из них изделий скользящего контактного токосъема, например для изготовления токосъемных вставок для железнодорожного и городского электротранспорта, токосъема подъемных транспортных устройств, электрических щеток, и технологиям их получения.

В патенте RU 2075805 раскрывается материал для изготовления токосъемных вставок и способ его изготовления.

Материал включает следующие компоненты, мас.%: молотые отходы обожженного углеродистого материала 1-16, молотые отходы графитированного углеродистого материала 1-16, углеродистый аэрогель 2-20, графит 3-6, кокс 6-32, связующее - твердый высокотемпературный пек - остальное.

Способ изготовления материала включает совместный размол и смешение технического углерода, графита, кокса, углеродистого аэрогеля, отходов обожженного и графитированного углеродистого материала и связующего при следующем соотношении компонентов, мас.%: молотые отходы обожженного углеродистого материала 1-16, молотые отходы графитированного углеродистого материала 1-16, углеродистый аэрогель 2-20, графит 3-6, кокс 6-32, связующее - твердый высокотемпературный пек - остальное, затем из полученной смеси формируют заготовку, которую термообрабатывают при 1200°C и графитируют при 2800°C. Из готового материала изготавливают токопроводящие, в т.ч. токосъемные, изделия.

Известное изобретение позволяет несколько уменьшить длительность цикла совместного размола, использовать не дорогостоящие компоненты и реализовать следующие преимущества: на 20-40% сокращается длительность подготовки пресс-композиции в вибромельнице; на 15-30% снижается коэффициент трения; в 1,3-1,6 раза уменьшается износ элементов при их эксплуатации; ликвидируются местные перегревы.

К недостаткам данного известного изобретения относятся относительно высокий уровень удельного электрического сопротивления вставок, обусловленный совместным размолом и измельчением всех составляющих пресс-массы, низкая дугостойкость, не позволяющая их применение для мощного и высокоскоростного железнодорожного транспорта, а также необходимость высокотемпературной обработки при 2800°C, значительно повышающей энергоемкость технологии.

Наиболее близкий материал для изготовления изделий контактного токосъема к предложенному и способ его изготовления раскрываются в патенте RU 2150444.

В соответствии с данным патентом материал содержит следующие компоненты, мас.%:

Частицы естественного графита

10-90

Коксовый остаток

5-20

Пиролитический углерод

6-70

Способ предусматривает смешение частиц графита и связующего, формирование путем прессования из готовой смеси заготовки и ее обжиг при 800-1100°C в течение 0,5-1,5 ч в условиях, обеспечивающих получения открытой пористости не менее 10% и последующее насыщение полученной пористой заготовки пироуглеродом.

Материал характеризуется следующими свойствами: предел прочности на сжатие 49 МПа, удельное электрическое сопротивлением 2,8 мкОм·м, интенсивность изнашивания вставки при трении с токосъемом - 0,1-0,14 мм на 1000 км пробега, уменьшенный в 2-5 раз износ медного контртела, предельно допустимая линейная плотность электрического тока, выше которой начинается катастрофический износ материала и/или медного контртела - более 20 А/мм.

К недостаткам наиболее близкого технического решения относится относительно высокая интенсивность изнашивания при низких плотностях тока и при скольжении без тока.

Задачей изобретения является устранение присущих известным техническим решениям недостатков.

Поставленная задача решается материалом для изготовления устройств контактного токосъема, включающим графит и коксовый остаток, в соответствии с которым он дополнительно содержит кокс и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Графит

5,0-30,0

Кокс

50,0-80,0

Железный порошок

0,5-1,5

Коксовый остаток

остальное.

Поставленная задача также решается способом изготовления данного материала, в соответствии с которым осуществляют смешение частиц графита, кокса, связующего и железного порошка, затем формируют из полученной смеси заготовку путем прессования с усилием 80-120 МПа и обжигают полученную заготовку при условиях, обеспечивающих карбонизацию связующего.

В частных воплощениях изобретения в качестве связующего используют высокотемпературный нефтяной или каменноугольный пек.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Качественное и количественное соотношение компонентов материала выбрано из следующих соображений.

Кокс необходим для обеспечения собственной износостойкости и твердости материала. Превышение содержания кокса выше заявленных значений приводит к значительному увеличению удельного электрического сопротивления (УЭС), к повышенному износу контактного провода и к снижению дугостойкости электроконтактных вставок. Его содержание ниже заявленных значений приводит к снижению механических свойств материала и к увеличению интенсивности изнашивания изделий контактного токосъема.

Графит необходим для обеспечения достаточного удельного электрического сопротивления, самосмазывающих свойств, высокой дугостойкости. Его повышенное содержание приводит к снижению механических свойств вставки. Его пониженное содержание приводит к снижению дугостойкости и повышению удельного электрического сопротивления. Графит в примерах реализации использован природный, поскольку он привлекателен своей ценой, но может быть использован и искусственный графит.

Железный порошок необходим для обеспечения необходимой износостойкости вставки при повышенных значениях тока. Его повышенное содержание, выходящее за заявляемые пределы, приводит к повышенному износу контактного провода. Его пониженное содержание приводит к повышенному износу вставки при высоких значениях тока. При реализации изобретения может быть использован порошок. Под порошком понимается такое состояние вещества при котором твердое вещество, входящее в его состав, очень сильно измельчено, причем частицы этого вещества не соединены друг с другом, что позволяет придавать их скоплению произвольную форму.

Для достижения декларируемого технического результата важно присутствие всех заявляемых компонентов в заявленных соотношениях.

В качестве связующего может быть использован любой карбонизующийся материал с высоким коксовым остатком - нефтяные и каменноугольные пеки, фенолформальдегидные смолы, полиамидные смолы и пр.

Для некоторых воплощений изобретения наиболее привлекательным является использование высокотемпературных пеков. Использование таких пеков обеспечивает изобретению наиболее оптимальные условия получения материалов, работающих в условиях токоприемников с повышенной плотностью тока.

В других реализациях изобретения возможным является использование в качестве связующего термореактивных смол. В этом случае улучшаются механические характеристики материала, однако при этом несколько ухудшаются электрические свойства и выбор связующего зависит от конкретных условий эксплуатации.

Пример реализации изобретения.

Частицы графита, кокса, связующего - высокотемпературного каменноугольного пека и порошок железа смешивали в рассчитанных количествах в закрытом вращающемся барабане в течение двух часов со скоростью вращения 60 об/мин. Затем, путем прессования в стальной закрытой форме с усилием 80-120 МПа, формовали заготови, после чего заготовки подвергали карбонизирующему обжигу при температуре 1000-1100°С и нормальном атмосферном давлении.

Полученный материал подвергался испытаниям. Определяли его эксплуатационные свойства - износостойкость вставки и взаимодействующего с ней провода, твердость, удельное электрическое сопротивление, износостойкость под током.

Свойства материала в зависимости от состава приведены в таблице 1.

Как следует из представленных данных, материал показывает приемлемый уровень износостойкости при высоких плотностях тока и отличную интенсивность изнашивания при низких плотностях тока и при скольжении без тока, что позволяет использовать материал в производстве контактов как электровозов, так и электричек.

Необходимо отметить, что даже мощные электровозы, за исключением высокоскоростного транспорта, не потребляют повышенные токи постоянно, а только при разгоне и при подъемах. Остальное время они либо потребляют сравнительно небольшие токи, или движутся без потребления тока. Как правило, углеродные вставки с малым электрическим сопротивлением, приспособленные для потребления больших токов, обладают невысокими механическими свойствами. В этом случае они будут относительно быстро изнашиваться при потреблении малых токов и без тока. Наоборот, углеродные вставки с большим электрическим сопротивлением интенсивно изнашиваются при потреблении больших токов. Предлагаемые универсальные углеродные вставки одинаково надежно могут эксплуатироваться при любых токах без скачков в интенсивности изнашивания и без аварийных замен по износу.

Состав, мас.%

УЭС, мкОм·м

Твердость, HS

Интенсивность изнашивания, усл. ед.:

Кокс

Железный порошок

Графит

Кокс. остаток

Вставка

Провод

Вставка, при высоком токе

Вставка, при низком токе

Вставка, без тока

50

0,5

30

остальное

13

48

2,3

1

3,9

1,8

1,8

80

1

10

27

69

1,5

2,1

2,8

1,3

1,1

60

1,5

18,5

19

63

1,8

1,4

1,6

1,5

1,5

70

1

5

30

75

2

3,3

4,8

1,2

1

65

1

9

27

70

1,3

2,8

3,7

1,2

1

63

0,5

23,5

16

53

1

1,2

4,1

1,4

1,3

Формула изобретения

1. Материал для изготовления устройств контактного токосъема, включающий графит и коксовый остаток, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кокс и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Графит

5,0-30,0

Кокс

50,0-80,0

Железный порошок

0,5-1,5

Коксовый остаток

Остальное

2. Способ изготовления материала по п.1, отличающийся тем, что осуществляют смешение частиц графита, кокса, связующего и железного порошка, формирование из полученной смеси заготовки путем прессования с усилием 80-120 МПа и последующий обжиг полученной заготовки при условиях, обеспечивающих карбонизацию связующего.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве связующего используют высокотемпературный нефтяной или каменноугольный пек.