石墨烯改性炭/炭复合材料受电弓滑板的制备方法

摘要

本发明公开了一种石墨烯改性炭/炭复合材料受电弓滑板的制备方法：将均匀分散于去离子水溶液中的石墨烯和短切碳纤维进行混合得到石墨烯-短切碳纤维悬浮液；将预脱水的石墨烯-短切碳纤维悬浮液注入石墨模具中置于0℃以下冷冻，经冷冻干燥并经压力成型得到石墨烯-短切碳纤维增强体；将制备的石墨烯-短切碳纤维增强进行化学气相沉积热解炭定形，随后进行多次煤沥青浸渍-炭化，最后进行石墨化处理得到石墨烯改性炭/炭复合材料；按图纸加工即得到石墨烯改性炭/炭复合材料受电弓滑板。本发明以石墨烯作为改性剂、中温煤沥青作为浸渍剂、短切碳纤维作为增强体，所用原料来源广泛，制备工艺流程简单，可实现大规模的批量生产，从而降低受电弓滑板的生产成本。

主权项

一种石墨烯改性炭/炭复合材料受电弓滑板的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：①配制石墨烯悬浮液：按去离子水和分散剂的质量百分比为100：0.5的比例配置溶液，再向溶液中加入占去离子水质量0.025～0.1wt%的石墨烯，混合均匀后备用；②配制短切碳纤维悬浮液：按去离子水和分散剂的质量百分比为100：0.5的比例配置溶液，再向溶液中加入占去离子水质量40wt%的短切碳纤维，混合均匀后备用；③将步骤①和②中得到的石墨烯和短切碳纤维的悬浮液分别进行超声震荡，对其中的短切碳纤维和石墨烯进行进一步的分散，超声震荡分散时水温为30±5℃，振荡分散时间为30分钟；④对步骤③中经过超声震荡的石墨烯和短切碳纤维悬浮液进行球磨混合，制备石墨烯和短切碳纤维均匀分散的混合悬浮液，球磨混合时球磨机的转速为300～500转/分钟；⑤对步骤④制得的混合悬浮液进行预脱水，随后注入模具中，置于0^oC以下冷冻成固体，然后在冷冻干燥机上进行冷冻干燥、脱模，得到石墨烯‑短切碳纤维坯体；对得到的坯体进行15MPa的压力成型，得到石墨烯改性的短切碳纤维增强体；⑥对步骤⑤中得到的石墨烯改性的短切碳纤维增强体进行化学气相沉积热解炭，得到低密度的炭/炭复合材料，其中：沉积温度为1000℃，沉积压力为25kPa，沉积时间为50小时，碳源气体为甲烷；⑦对步骤⑥中得到的低密度的炭/炭复合材料进行煤沥青浸渍‑炭化处理，浸渍温度200～260℃，压力3.0～5.0MPa，浸渍时间2小时；炭化温度1100℃，炭化升温速率1℃/分钟，炭化压力1.0MPa，炭化时间2小时；浸渍‑炭化过程循环4～6次后，制得炭/炭复合材料；⑧对步骤⑦制得的炭/炭复合材料进行高温石墨化处理，石墨化温度3000℃、并在石墨化温度下保温1小时，得到石墨烯改性炭/炭复合材料；⑨将步骤⑧制得的石墨烯改性炭/炭复合材料按照受电弓滑板的机械图样进行加工后，即得到石墨烯改性炭/炭复合材料受电弓滑板。