一种电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套的制作方法

1.本发明涉及一种电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套，该炭轴承或轴套的组成材料属于材料科学领域。


背景技术：

2.碳石墨材料具有良好的导热性、自润滑性，用碳来制造炭轴承或轴套及其他机械密封元件是基于碳的如下特性：
3.1、温度适应性强。炭材料具有良好的导热性以及极佳的耐热震性，同时炭材料有着低的热膨胀系数，约为钢的四分之一。炭材料最低工作温度可达-250℃，而经浸渍处理的炭材料最高耐热温度可达680℃，非氧化气氛中甚至可达到3000℃。研究表明，炭材料温度愈高，强度亦愈高，炭材料在2200℃时的强度甚至会比室温时提高一倍。
4.2、可适应苛刻环境。炭材料可以适应腐蚀环境、高真空、辐射环境等较为苛刻的环境。碳不与海水、酸、碱及溶剂发生反应，同时，炭轴承还能够浸没在汽油、柴油或其他有机液体中。炭轴承亦可适用于高载荷，在停顿相当长时间后再低速运转的场合。
5.3、无污染。炭轴承可以在不加润滑剂或仅在安装时加少量的润滑剂就能长期运转，碳不受人体体液的作用，又可用溶剂清洗，蒸汽消毒后又无需上油，这是其它材料难以达到的。
6.碳在汽车领域、家电领域、光伏领域等均承担着不可或缺的角色。汽车电子水泵使用碳石墨材料作为轴承或轴套，其主要应用于新能源汽车和高端燃油汽车的冷却循环系统及热管理系统。洗碗机、饮料机、咖啡机、恒温热水系统等多种家电均需要使用炭轴承或轴套。光伏行业中，光伏泵系统中的循环泵水泵亦需要使用炭轴承或轴套。
7.汽车电子水泵用炭轴承或轴套，根据材料体系以及不同的需要，可采用直接压制成型(press to size)工艺、近净成型工艺或注塑成型工艺来实现批量生产，其尺寸精度可完全满足市场需求。汽车领域应用的各类泵，根据设计功率的不同，对炭轴承的要求有所区别，一般60w以上功率的泵采用的是炭轴承，30w及以下功率小泵可采用注塑成型工艺制作的塑料复合轴承。
8.洗碗机用滑动轴承在运行时需要接触去污剂、油污、调味剂等复杂的化学成分，碳石墨材料具有良好的耐磨性、自润滑性，以及出色的化学稳定性。碳石墨材料采用直接压制成型(press to size)工艺或近净成型工艺，可实现批量生产，大幅降低生产成本。且该碳石墨材料可通过食品接触材料检测，符合《食品安全国家标准食品接触材料及制品通用安全要求》和美国食品和药品管理局fda认证标准，满足市场使用需求。
9.碳石墨材料亦可在微型直流无刷水泵中作为轴承或轴套使用。微型直流无刷水泵广泛应用于茶具、咖啡机、饮水机、鱼缸等家电领域，由于使用碳石墨材料作为轴承，具有使用寿命长、静音效果好等特点。根据应用的不同需要，可采用直接压制成型(press to size)工艺、近净成型工艺或注塑工艺，实现批量生产，尺寸精度完全满足需求，大幅降低生产成本。
10.光伏泵在太阳能热水循环系统中起到举足轻重的作用，光伏泵的主要部件包括太阳能电池组件、控制器、循环泵，其工作原理为太阳能电池组件受光照产生电流，通过控制器为直流电动机供电驱动泵运转，同时集热器受光照使水温升高，通过循环泵使热水流进换热盘管中，热量通过换热盘管的管壁传递给储水箱中的水，使储水箱中的水温上升。循环泵是一个总成件，包括直流电动机和水泵两部分，太阳能热水循环系统中使用的水泵功率较低，可以使用碳石墨材料作为轴承或轴套。根据市场需要，可采用直接压制成型(press to size)工艺或近净成型工艺，来实现批量生产，其尺寸精度可完全满足市场需求。
11.炭轴承或轴套可应用于摩擦和液体摩擦。特别是在水、有机溶液、酸、碱这样的液体中。炭轴承或轴套的应用，使得金属运动副几乎或完全没有摩擦损失,只要在结构上满足韧性相对小、强度相对较低的使用场合时,采用炭轴承或轴套具有耐高温和显著的化学稳定性的突出优点。轴承或轴套除了说明其尺寸公差外，还应该根据泵的工况、详细的工作参数,如温度范围、转速、负荷和干湿运转及应用何种液体等来确定合适的选材。
12.现有市场应用来说，压制成型(press to size)工艺或近净成型工艺炭轴承或轴套因为尺寸稳定性问题以及设备精度限制，暂未实现大批量产，国内碳石墨材料厂家暂时采用机械加工方式批量性供货，而机械加工炭轴承或轴套因为加工效率低、加工成本高，且大批量的前提是大量投入加工设备，因而应用推广受到限制。随着社会的发展，人民对生活品质的追求愈见提高，家电领域、汽车领域、光伏领域等泵的应用均会呈现爆发式增长，开发出压制成型工艺、近净成型工艺或注塑成型工艺炭轴承或轴套是市场的导向。
13.本发明顺应市场发展的需求，提供了一种压制成型工艺或近净成型工艺炭轴承或轴套。顺利解决了机械加工加工效率低、加工成本高的问题，同时减少了精密加工车床铣床的投入。极大程度降低了产品的生产成本以及提高了产品的生产效率。


技术实现要素：

14.本发明的首要目的是针对上述现有炭轴承或轴套加工成型过程中存在的技术问题提供一种压制成型(press to size)工艺或近净成型工艺炭轴承或轴套及其制备方法，本发明的电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套采用压制成型工艺制作，工序精简，且产品强度高、耐磨性能好、尺寸稳定性高，同时具有绿色环保的特点，可通过食品接触材料检测，符合《食品安全国家标准食品接触材料及制品通用安全要求》和美国食品和药品管理局fda认证标准。
15.为实现本发明的目的，本发明一方面提供了一种电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：
16.1)将基体粉料与粘结剂沥青在加热条件下混合均匀，制备原料混合物；
17.2)对原料混合物进行破碎、筛分处理，制得原料混合物粉末；
18.3)将原料混合物粉末加入到压制模具中，进行压制处理，制得生坯料；
19.4)对生坯料进行热焙烧处理，制得炭轴承或轴套。
20.其中，步骤1)中所述粘结剂沥青加热熔化后，加入到基体粉料中，与基体粉料混合均匀，制成原料混合物。
21.其中，步骤1)中所述基体粉料包括如下原料：石墨、沥青焦、炭黑、添加剂。
22.特别是，基体粉料的原料石墨、沥青焦、炭黑、添加剂的重量份配比为：(65-120)：
(5-25)：(3-15)：(20-75)，优选为(75-97)：(5-20)：(3-10)：(25-70)，进一步优选为(82-92)：(5-15)：(5-8)：(30-65)。
23.尤其是，所述石墨包括天然石墨、人造石墨、氟化石墨。
24.特别是，所述天然石墨、人造石墨、氟化石墨的重量份配比为(40-60)：(20-40)：(5-20)，优选为(50-60)：(20-25)：(5-12)。
25.其中，所述天然石墨具有导电、导热、润滑性能好等优点；其粒度为100-300目，含碳量≥99％，水分≤0.5％，灰份≤1.0％，挥发分≤1.0％。
26.其中，所述人造石墨具有耐磨性能优良、强度高、润湿性好等优点；其粒度为200-500目，含碳量≥99.9％，固定碳含量≥80％，水分≤0.5％，灰份≤0.5％。
27.其中，所述氟化石墨是一种片层结构灰白色固体粉末状物质，具有优良的润滑性能，摩擦系数极小，在干燥或潮湿高温的环境下，显示出较低的摩擦系数，有利于产品使用寿命的提高；其粒度为200-400目。
28.特别是，所述氟化石墨的氟碳比＞1.0，优选为1.1-1.2；振实密度为0.7-1.2g/cm3，优选为0.90g/cm3。
29.其中，所述沥青焦为煅后沥青焦，粒度200-400目，密度1.1-1.3g/cm3，灰分＜0.5％，水分＜1.0％，硫分＜0.5％，固定碳＞95.0％，挥发分＜5.0％。
30.其中，所述炭黑选用n330半补强炭黑(即n330炭黑)或喷雾炭黑。
31.n330半补强炭黑是一种高耐磨型炉黑，补强性能良好；其氮吸附比表面积100
±
30m2/kg，灰分≤0.5％，325目筛余物≤0.02％；喷雾炭黑是一种高结构炉法炭黑，其特点为补强性能好，加工性能好，变形小；其粒径为100-130nm，炭黑吸油值(dbp值，di-n-butyl phthalate)120
±
1010-5
m3/kg，灰分≤0.3％。
32.其中，所述添加剂包括cb-001强度添加剂或/和fa-001韧性添加剂。
33.特别是，所述cb-001强度添加剂与fa-001韧性添加剂的重量份配比为(15-55)：(5-20)，优选为(20-50)：(10-15)。
34.尤其是，所述cb-001强度添加剂为碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化硅(sic)或碳化钽(tac)中的一种或多种；fa-001韧性添加剂为碳纤维粉、玻璃纤维粉或碳纳米管中的一种或多种。
35.所述cb-001为碳化物粉末混合物，碳化物具有高强度、高硬度、与基体润湿性良好等优点，可使其作为添加剂来增强复合材料。所选用的碳化物主要有碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化硅(sic)和碳化钽(tac)或其混合物。
36.特别是，所述碳化钨(wc)粒度为1-5μm，纯度为≥99.7％，碳化钨(wc)为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，其复合添加可减少复合材料脆性，提高其抗热震性能。
37.特别是，所述碳化钛(tic)粒度为0.8-3μm，纯度为≥99.9％，碳化钛(tic)为灰色金属状面心立方晶格固体，具有高硬度、耐腐蚀、热稳定性好的特点。
38.特别是，所述碳化硅(sic)粒度为0.3-1μm，表观呈灰绿色，碳化硅(sic)是一种六方晶体结构物质，具有化学性能稳定、热膨胀系数小、耐磨性能好等优点。
39.特别是，所述碳化钽(tac)粒度为400目，纯度为≥99.8％，碳化钽(tac)为立方晶系材料，表观呈浅棕色，其抗氧化能力强，且对抑制复合材料晶粒长大有明显效果。
40.所述fa-001为增强增韧材料混合物，该增强增韧材料混合物粉末主要为碳纤维粉、玻璃纤维粉和碳纳米管或其混合物。
41.特别是，所述碳纤维粉的含碳量为90-95％，热导率为300-800g/cm3，优选为600w/m.k。将高强高模碳纤维长丝经特殊技术表面处理、研磨、显微甄别、筛选、高温烘干而得，碳纤维粉为等长圆柱形微粒，碳纤维在非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，碳纤维粉保留了碳纤维的众多优良性能，并且形状细小、表面纯净、比表面积大，易于被润湿均匀分散。
42.特别是，所述玻璃纤维粉是一种耐高温的无机纤维，单丝直径为5-15μm，优选为9μm；平均长度为20-100μm，优选为50μm；纤维平均长径比为4:1-8:1，优选为5.5:1；水分含量＜0.2％。玻璃纤维粉的软化点接近1700℃，可长期在900℃环境下使用，其耐热、耐湿、耐酸碱、耐磨且对人体没有危害，能在高温条件下保持一定的柔软性。
43.特别是，所述碳纳米管的含碳量为92
±
2％左右，管径为5-30nm，长度为20-50μm。碳纳米管是一种径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级且管子两端封口的典型一维碳材料，其重量轻、六边形结构连接完美，具有优越的力学性能。
44.特别是，所述碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化硅(sic)或碳化钽(tac)的重量份配比为：(0-10)：(0-10)：(0-20)：(0-5)，优选为(0-8)：(0-8)：(0-15)：(0-4)；所述碳纤维粉、玻璃纤维粉或碳纳米管的重量份配比为：(0-20)：(0-20)：(0-20)，优选为(0-15)：(5-15)：(0-15)。
45.尤其是，所述碳化钨、碳化钛、碳化硅、碳化钽的重量份配比为(0-3)：(0-2)：(2-8)：(0-1)，优选为(1-3)：(1-2)：(2-8)：1；所述碳纤维粉、玻璃纤维粉或碳纳米管的重量份配比为(2-5)：(0-1)：(0-1)，优选为(2-5)：1：1。
46.尤其是，所述cb-001强度添加剂由碳化钨、碳化钛、碳化硅或碳化钽中的至少2种组成；所述fa-001增韧添加剂由碳纤维粉、玻璃纤维粉或碳纳米管中至少2种组成。
47.特别是，所述cb-001强度添加剂由碳化硅和碳化钨、碳化钛或碳化钽中的任意一种组成；所述fa-001增韧添加剂由碳纤维粉和玻璃纤维粉或碳纳米管中的任意一种组成。
48.尤其是，所述cb-001强度添加剂由碳化硅和碳化钨组成，其重量份配比为2：1；由碳化钨、碳化钛、碳化硅组成，其重量份配比为1：1：3；由碳化钛、碳化硅、碳化钽组成，其重量份配比为2：5：1；由碳化钨、碳化钛、碳化硅、碳化钽组成，其重量份配比为3:2:8:1。
49.尤其是，所述fa-001增韧添加剂由碳纤维粉和碳纳米管组成，其重量份配比为(2-5)：1，优选为2：1；由碳纤维粉和玻璃纤维粉组成，其重量份配比为(2-5)：1，优选为5：1；由碳纤维粉、玻璃纤维粉、碳纳米管组成，其重量份漂白为2：1：1。
50.其中，步骤1)中所述基体粉料与粘接剂沥青的重量份配比为(130-180)：(45-65)，优选为(140-170)：(50-60)。
51.特别是，步骤1)中基体粉料与沥青混合温度控制为120-150℃。
52.其中，步骤1)中所述基体粉料按照如下方法制备而成：将石墨、沥青焦、炭黑、添加剂加入到混捏锅内，加热升温至120-150℃，在保持温度为120-150℃的条件下进行第一混捏处理，即得基体粉料。
53.特别是，制备基体粉料过程中控制升温速率80-100℃/h；第一混捏处理时间为2-5h。
54.其中，步骤1)中基体粉料与沥青混合制备原料混合物按照如下步骤进行：
55.首先，将沥青加热至120-150℃熔化，并将熔化后的沥青加入混捏锅，沥青与所述基体粉料均匀混合；然后继续加热，直至物料温度升高至220
±
10℃，对物料进行第二次混捏处理；物料温度升高至220
±
10℃后停止加热，于混捏锅内继续混捏，并降温，最后降温至＜120℃后取出混合物料，并于室温下放置，均匀铺开，厚度≤5cm，静置5-10h，制得原料混合物。
56.特别是，第二次混捏处理过程中控制升温速率为20-50℃/h，优选为30℃/h。粘结剂沥青通过加热熔化后以液体形式加入。
57.其中，步骤2)中经过破碎、筛分处理制得的原料混合物粉末的粒度≤120目。
58.特别是，还包括将筛分处理后的原料粉末进行混合处理，混合均匀制得原料混合物粉末。
59.原料混合物干料进行破碎、筛分、混合处理，筛分后的再次混合是为了避免粉体经筛分后出现偏析，制得原料混合物粉末。
60.其中，步骤3)中压制处理制得的生坯料的体积密度为1.75-1.95g/cm3，优选为1.80-1.88g/cm3。
61.特别是，步骤3)中所述压制处理为模具压制成型，采用机械压机将所述原料混合物粉末加入到压制模具中，对其进行压制处理，制得生坯料。
62.其中，步骤4)中所述热焙烧恒温处理阶段的温度为900-1300℃，优选为950-1200℃，进一步优选为1150℃。
63.其中，步骤4)中所述热焙烧处理的温度为140-1300℃。
64.特别是，步骤4)中所述的热焙烧处理包括如下顺序进行的步骤：
65.4-1)将生坯料置于焙烧炉内加热升温至150
±
5℃，进行第一热焙烧处理，制得第一热焙烧坯料；
66.4-2)对第一热焙烧坯料继续加热升温，直至温度升高至400
±
10℃，进行第二热焙烧处理，制得第二热焙烧坯料；
67.4-3)对第二热焙烧坯料继续加热升温，直至温度升高至650
±
10℃，进行第三热焙烧处理，制得第三热焙烧坯料；
68.4-4)对第三热焙烧坯料继续加热升温，直至温度升高至850
±
10℃，进行第四热焙烧处理，制得第四热焙烧坯料；
69.4-5)对第四热焙烧坯料继续加热升温，直至温度升高至950-1200℃(优选为1150℃)，进行第五热焙烧处理，制得第五热焙烧坯料；
70.4-6)在焙烧炉内保持温度为950-1200℃(优选为1150℃)的条件下，进行恒温热焙烧处理，恒温焙烧处理3-10h(优选为5h)后，停止加热，自然冷却至室温，获得第六热焙烧坯料，即热焙烧炭轴承或轴套熟坯。
71.其中，步骤4-1)中第一热焙烧处理阶段的升温速率为31
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62.5℃/h，优选为50℃/h；步骤4-2)中第二热焙烧处理阶段的升温速率为8-25℃/h，优选为12.5℃/h；步骤4-3)中第三热焙烧处理阶段的升温速率为12.5-25℃/h，优选为20.0℃/h；步骤4-4)中第四热焙烧处理阶段的升温速率为10-20℃/h，优选为12.5℃/h；步骤4-5)中第五热焙烧处理阶段的升温速率为15-60℃/h，优选为30.0℃/h。
72.特别是，步骤4-1)中第一热焙烧处理时间为2-4h，优选为2.5h；步骤4-2)中第二热焙烧处理时间为10-30h，优选为20h；步骤4-3)中第三热焙烧处理时间为10-20h，优选为12.5h；步骤4-4)中第四热焙烧处理时间为10-20h，优选为16h；步骤4-5)中第五热焙烧处理时间为7.5-30h；步骤4-6)中第六焙烧处理时间为3-10h，优选为5h,第六焙烧处理阶段为保温阶段。
73.尤其是，所述焙烧炉选用马弗炉，优选为气氛马弗炉。
74.特别是，将生坯料采用埋烧法置于气氛马弗炉中，埋烧填料采用粒径为1-3mm的石油焦碎，然后按照焙烧烧曲线进行热焙烧处理，制得炭轴承或轴套的熟坯。
75.石油焦碎在本发明中仅仅作为填料隔绝产品与空气以防止产品氧化，非产品用原料，与炭轴承或轴套的原料不发生反应，不互相作用，仅仅作为填料隔绝产品与空气。非产品用原料。
76.本发明另一方面提供一种按照上述方法制备而成的电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套。
77.本发明制备的炭轴承或轴套还可以用于洗碗机、饮料机、咖啡机、恒温热水系统等多种家电泵。
78.本发明方法制备的熟坯即为可批量供货的炭轴承或轴套产品；
79.若产品尺寸要求非常高，则需要对此熟坯进行车内圆加工、端面抛光等机械加工操作，即得所述炭轴承或轴套。
80.其中，又可对所述熟坯进行一次或多次浸渍处理，进一步降低气孔率，提升产品使用寿命，得到初成品；此初成品即为可批量供货的炭轴承或轴套产品。
81.若产品尺寸要求非常高，则需要对初成品进行车内圆加工、端面抛光等机械加工操作，即得所述炭轴承或轴套。
82.本发明另一方面提供一种按照上述方法制备而成的炭轴承或轴套。
83.本发明的优点和有益技术效果如下：
84.1、本发明原料组成合理，配方科学，使用粘结剂沥青制备的材料硬度高韧性好、稳定性高，可满足炭轴承或轴套高强度、耐磨的使用要求。
85.2、本发明的原料中选择碳纤维粉、玻璃纤维粉、碳纳米管等作为原材料，采用此种原材料制备的材料韧性好、耐磨且产品润滑性能好，不损伤陶瓷结构以及钢构对磨件。
86.3、本发明的原料中添加了碳化钨等高硬度的材料，提高了产品的强度和耐磨性能，同时可在微观上改善本发明复合材料的均匀性，提高本发明复合材料的尺寸稳定性，降低本发明复合材料的气孔率；
87.4、本发明炭轴承或轴套尤其适用于电动汽车电子水泵使用。
附图说明
88.图1为本发明实施例1制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图；
89.图2为本发明实施例2制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图；
90.图3为本发明实施例3制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图；
91.图4为本发明实施例4制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图；
92.图5为对照例的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图。
具体实施方式
93.下面结合具体实施例来进一步阐述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
94.本发明实施例中天然石墨的粒度为100-300目，含碳量≥99％，水分≤0.5％，灰份≤1.0％，挥发分≤1.0％；人造石墨的粒度为200-500目，含碳量≥99.9％，固定碳含量≥80％，水分≤0.5％，灰份≤0.5％；氟化石墨的氟碳比为1.15；振实密度为0.90g/cm3；沥青焦的粒度200-400目，密度1.2g/cm3，灰分＜0.5％，水分＜1.0％，硫分＜0.5％，固定碳＞95.0％，挥发分＜5.0％；n330炭黑的氮吸附比表面积100
±
30m2/kg，灰分≤0.5％，325目筛余物≤0.02％；喷雾炭黑的粒径为100-130nm，炭黑吸油值(dbp值)120
±
10 10-5
m3/kg，灰分≤0.3％；碳纤维粉的含碳量为95％，热导率为600w/m.k；玻璃纤维粉的单丝直径为9μm，平均长度为50μm，纤维平均长径比为5.5:1，水分含量＜0.2％，软化点接近1700℃；碳纳米管的含碳量为92
±
2％，管径为5-30nm，长度为20-50μm。
95.实施例1
96.1、按照如下重量配比备料(
×
100g)：
[0097][0098]
其中，炭黑选择n330炭黑；cb-001强度添加剂为碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化硅(sic)的组合，碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化硅(sic)的质量配比为1:1:3；fa-001韧性添加剂为碳纤维粉(购自美国cytec)和碳纳米管，碳纤维粉和碳纳米管的质量配比为2:1。
[0099]
其中，cb-001强度添加剂的作用是提高了产品的耐磨性能，同时可在微观上改善本发明复合材料的均匀性，提高本发明复合材料的尺寸稳定性，降低本发明复合材料的气孔率；
[0100]
其中，fa-001韧性添加剂的作用是提高材料强度，增加材料的热导率，从而提高产品的散热性，使产品保持相对低的尺寸变异性。
[0101]
2、将天然石墨、人造石墨、氟化石墨、沥青焦、炭黑和添加剂(cb-001强度添加剂和fa-001韧性添加剂)置于混捏锅内，开启混捏锅的正向转动开关，并开启加热，1.5h后使原材料料温从室温(20℃)升高并保持为140℃(通常为120-150℃)，缓慢升温是为了确保物料
温度的均匀性，避免原材料局部过热，对物料进行第一次混捏处理，制得基体粉料，其中，第一次混捏处理过程中控制升温速率为80℃/h(通常为80-100℃/h)；第一混捏处理3h(通常为2-5h)制备得到基体粉料；
[0102]
3、将加热至130℃(通常为120-150℃)熔化后的沥青加入混捏锅，使其对原材料进行均匀附着；然后继续加热，直至物料温度升高至220℃(通常为220
±
10℃)，对物料进行第二次混捏处理，其中第二次混捏处理过程中控制升温速率为30℃/h(通常为20-50℃/h)；物料温度升高至220℃(通常为220
±
10℃)后停止加热，于混捏锅内继续混捏，并降温，最后降温至＜120℃后取出混合物料，并于室温下放置，均匀铺开，厚度≤5cm，静置5-10h，注意防潮、防尘，制得原料混合物。
[0103]
4、对原料混合物进行破碎处理，破碎物料过120目筛，制得原料混合物粉末，原料混合物粉末粒度≤120目。
[0104]
5、将制得的原料混合物粉末置于压制模具中，采用机械压机在常温下进行压制处理，制得体积密度为1.80g/cm3的生坯料。
[0105]
生坯料的体积密度以1.80g/cm3为例，其他体积密度1.75-1.95g/cm3均适用于本发明。
[0106]
6、将生坯料采用埋烧法置于气氛马弗炉中，埋烧填料采用1-3mm的石油焦碎，按照如下热焙烧曲线进行热焙烧处理，制得炭轴承或轴套的熟坯；
[0107]
6a、第一热焙烧阶段：生坯料置于焙烧炉内加热升温，从室温匀速升温，加热升温至150℃(通常为150
±
5℃)，制得第一热焙烧坯料；第一热焙烧处理阶段的升温速率为50℃/h(通常为31-62.5℃/h)；
[0108]
6b、第二热焙烧阶段：在马弗炉内对第一热焙烧坯料继续匀速加热升温，直至温度升高至400℃(通常为400
±
10℃)，制得第二热焙烧坯料；第二热焙烧处理阶段的升温速率为12.5℃/h(通常为8-25℃/h)；
[0109]
6c、第三热焙烧阶段：在马弗炉内对第二热焙烧坯料继续匀速加热升温，直至温度升高至650℃(通常为650
±
10℃)，制得第三热焙烧坯料；第三热焙烧处理阶段的升温速率为20.0℃/h(通常为12.5-25℃/h)；
[0110]
6d、第四热焙烧阶段：在马弗炉内对第三热焙烧坯料继续匀速加热升温，直至温度升高至850℃(通常为850
±
10℃)，制得第四热焙烧坯料；第三热焙烧处理阶段的升温速率为12.5℃/h(通常为10-20℃/h)；
[0111]
6e、第五热焙烧阶段：在马弗炉内对第四热焙烧坯料继续匀速加热升温，直至温度升高至1150℃(通常为850-1200℃)，制得第五热焙烧坯料；第五热焙烧处理阶段的升温速率为30.0℃/h(通常为15-60℃/h)；
[0112]
6f、第六热焙烧阶段：在马弗炉内在温度保持为1150℃(通常为950-1200℃)的条件下，进行第六热焙烧处理，焙烧处理5h(通常为3-10h)后，停止加热，自然冷却至室温，获得第六热焙烧坯料，即热焙烧炭轴承或轴套熟坯；
[0113]
第一热焙烧处理时间为2.5h(通常为2-4h)；第二热焙烧处理时间为20h(通常为10-30h)；第三热焙烧处理时间为12.5h(通常为10-20h)；第四热焙烧处理时间为16h(通常为10-20h)；第五热焙烧处理时间为10h(通常为7.5-30h)。
[0114]
7、对炭轴承或轴套熟坯进行车内圆加工、断面抛光等机械加工，制得炭轴承或轴
套，或者热焙烧的炭轴承或轴套熟坯即为可批量供货的炭轴承或轴套产品。
[0115]
按照jb/t8133.14-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度)的方法，采用阿基米德原理测定炭轴承或轴套材料的体积密度；按照jb/t8133.4-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第4部分：肖氏硬度)的方法，采用hs-19ctv型硬度机测试炭轴承或轴套材料的肖氏硬度；按照jb/t8133.7-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度)的方法，测定炭轴承或轴套材料的抗折强度；按照jbt 8133.8-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第8部分：抗压强度)的方法，测定炭轴承或轴套材料的抗压强度；按照jb/t8133.15-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第15部分：气孔率)的方法，测定炭轴承或轴套材料的开孔气孔率；按照gb/t40406.2-2021(炭素材料压缩静态弹性模量和泊松比测定方法)，采用美国ta公司动态热机械分析仪dma850测定炭轴承或轴套材料的弹性模量(gpa)；按照gb/t 3074.4-2016(石墨电极热膨胀系数(cte)测定方法)，采用德国耐驰公司(netzsch.ltd公司)热膨胀仪dil 402expedis，测定炭轴承或轴套材料的热膨胀系数(10-6
/℃)；按照gb/t 8722-2019(炭素材料导热系数测定方法)，采用德国耐驰公司(netzsch.ltd公司)lfa457型号激光导热系数测量仪，测定炭轴承或轴套材料的热传导率(w/m*k)。炭轴承或轴套的理化性能测定结果见表1。
[0116]
采用mhs-200型高速载流摩擦磨损试验机，测试炭轴承或轴套材料的摩擦系数及模拟磨损率，测定结果见表2。制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图如图1所示。
[0117]
实施例2
[0118]
1、按照如下重量份配比备料(
×
100g)：
[0119][0120]
其中，炭黑选择n330炭黑；cb-001强度添加剂为碳化钛(tic)、碳化硅(sic)和碳化钽(tac)的组合，碳化钛(tic)、碳化硅(sic)、碳化钽(tac)的质量配比为2:5:1；fa-001韧性添加剂为碳纤维粉、玻璃纤维粉的组合，碳纤维粉、玻璃纤维粉的质量配比为5:1。
[0121]
2、将天然石墨、人造石墨、氟化石墨、沥青焦、炭黑和添加剂(cb-001强度添加剂和fa-001韧性添加剂)置于混捏锅内，开启混捏锅的正向转动开关，并开启加热，直至使原材料料温升高并保持为120℃(通常为120-150℃)，对物料进行第一次混捏处理，制得基体粉料，其中，第一次混捏处理过程中控制升温速率为80℃/h(通常为80-100℃/h)；
[0122]
3、将加热至140℃(通常为120-150℃)熔化后的沥青加入混捏锅，使其对原材料进
行均匀附着；然后继续加热，直至物料温度升高至220℃(通常为220
±
10℃)，对物料进行第二次混捏处理，其中第二次混捏处理过程中控制升温速率为20℃/h(通常为20-50℃/h)；物料温度升至220℃(通常为220
±
10℃)后停止加热，于混捏锅内继续进行混捏进行降温处理，最后降温至＜120℃后取出混合物料，并于室温下放置，均匀铺开，厚度≤5cm，静置5-10h，注意防潮、防尘，制得原料混合物。
[0123]
4、对原料混合物进行破碎处理，破碎物料过120目筛，制得原料混合物粉末，原料混合物粉末粒度≤120目。
[0124]
5、将制得的原料混合物粉末置于压制模具中，采用机械压机进行压制处理，制得体积密度为1.85g/cm3的生坯料。
[0125]
6、将生坯料采用埋烧法置于气氛马弗炉中，埋烧填料采用1-3mm的石油焦，按照与实施例1相同的热焙烧曲线进行热焙烧处理，制得炭轴承或轴套的熟坯；
[0126]
7、对炭轴承或轴套熟坯进行车内圆加工、断面抛光等机械加工，制得炭轴承或轴套，或者热焙烧的炭轴承或轴套熟坯即为可批量供货的炭轴承或轴套产品。
[0127]
按照如实施例1相同的方法测定制备的炭轴承或轴套的理化性能，测定结果如表1。
[0128]
采用mhs-200型高速载流摩擦磨损试验机，测试炭轴承或轴套材料的摩擦系数及磨损率，测定结果见表2。制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图如图2所示。
[0129]
实施例3
[0130]
1、按照如下重量份配比备料(
×
100g)：
[0131][0132]
其中，炭黑选择n330炭黑；cb-001强度添加剂为碳化钨(wc)、碳化硅(sic)的组合，碳化钨(wc)、碳化硅(sic)的质量配比为1:2；fa-001韧性添加剂为碳纤维粉、玻璃纤维粉和碳纳米管的组合，碳纤维粉、玻璃纤维粉、碳纳米管的质量配比为2:1:1。
[0133]
2、将天然石墨、人造石墨、氟化石墨、沥青焦、炭黑和添加剂(cb-001强度添加剂和fa-001韧性添加剂)置于混捏锅内，开启混捏锅的正向转动开关，并开启加热，直至使原材料料温升高并保持为150℃(通常为120-150℃)，对物料进行第一次混捏处理，制得基体粉料，其中，第一次混捏处理过程中控制升温速率为100℃/h(通常为80-100℃/h)；
[0134]
3、将加热至140℃(通常为120-150℃)熔化后的沥青加入混捏锅，使其对原材料进
行均匀附着；然后继续加热，直至物料温度升高至220℃(通常为220
±
10℃)，对物料进行第二次混捏处理，其中第二次混捏处理过程中控制升温速率为50℃/h(通常为20-50℃/h)；物料温度升至220℃(通常为220
±
10℃)后停止加热，于混捏锅内继续进行混捏进行降温处理，最后降温至＜120℃后取出混合物料，并于室温下放置，均匀铺开，厚度≤5cm，静置5-10h，注意防潮、防尘，制得原料混合物。
[0135]
4、对原料混合物进行破碎处理，破碎物料过120目筛，制得原料混合物粉末，原料混合物粉末粒度≤120目。
[0136]
5、将制得的原料混合物粉末置于压制模具中，采用机械压机进行压制处理，制得体积密度为1.88g/cm3的生坯料。
[0137]
6、将生坯料采用埋烧法置于气氛马弗炉中，埋烧填料采用1-3mm的石油焦，按照与实施例1相同的热焙烧曲线进行热焙烧处理，制得炭轴承或轴套的熟坯；
[0138]
7、对炭轴承或轴套熟坯进行车内圆加工、断面抛光等机械加工，制得炭轴承或轴套，或者热焙烧的炭轴承或轴套熟坯即为可批量供货的炭轴承或轴套产品。
[0139]
按照如实施例1相同的方法测定制备的炭轴承或轴套的理化性能，测定结果如表1。
[0140]
采用mhs-200型高速载流摩擦磨损试验机，测试炭轴承或轴套材料的摩擦系数及磨损率，测定结果见表2。制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图如图3所示。
[0141]
实施例4
[0142]
1、按照如下重量份配比备料(份)：
[0143][0144]
其中，炭黑选择喷雾炭黑；cb-001强度添加剂为碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化硅(sic)和碳化钽(tac)的组合，碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化硅(sic)、碳化钽(tac)的质量配比为3:2:8:1；fa-001韧性添加剂为碳纤维粉、玻璃纤维粉和碳纳米管的组合，碳纤维粉、玻璃纤维粉、碳纳米管的质量配比为2:1:1。
[0145]
2、将天然石墨、人造石墨、氟化石墨、沥青焦、炭黑和添加剂(cb-001强度添加剂和fa-001韧性添加剂)置于混捏锅内，开启混捏锅的正向转动开关，并开启加热，直至使原材料料温升高并保持为150℃(通常为120-150℃)，对物料进行第一次混捏处理，制得基体粉料，其中，第一次混捏处理过程中控制升温速率为80℃/h(通常为80-100℃/h)；
[0146]
3、将加热至130℃(通常为120-150℃)熔化后的沥青加入混捏锅，使其对原材料进行均匀附着；然后继续加热，直至物料温度升高至220℃(通常为220
±
10℃)，对物料进行第二次混捏处理，其中第二次混捏处理过程中控制升温速率为40℃/h(通常为20-50℃/h)；物料温度升至220℃(通常为220
±
10℃)后停止加热，于混捏锅内继续进行混捏进行降温处理，最后降温至＜120℃后取出混合物料，并于室温下放置，均匀铺开，厚度≤5cm，静置5-10h，注意防潮、防尘，制得原料混合物。
[0147]
4、对原料混合物进行破碎处理，破碎物料过120目筛，制得原料混合物粉末，原料混合物粉末粒度≤120目。
[0148]
5、将制得的原料混合物粉末置于压制模具中，采用机械压机进行压制处理，制得体积密度为1.88g/cm3的生坯料。
[0149]
6、将生坯料采用埋烧法置于气氛马弗炉中，埋烧填料采用1-3mm的石油焦，按照与实施例1相同的热焙烧曲线进行热焙烧处理，制得炭轴承或轴套的熟坯；
[0150]
7、制得的此熟坯即为可批量供货的炭轴承或轴套产品，若产品尺寸要求非常高，则需要对此熟坯进行车内圆加工、端面抛光等机械加工操作，即得所述炭轴承或轴套。
[0151]
按照如实施例1相同的方法测定制备的炭轴承或轴套的理化性能，测定结果如表1。
[0152]
采用mhs-200型高速载流摩擦磨损试验机，测试炭轴承或轴套材料的摩擦系数及磨损率，测定结果见表2。制备的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图如图4所示。
[0153]
对照例
[0154]
以欧洲进口的电动汽车电子水泵用机械加工炭轴承或轴套mj33作为对照例。
[0155]
按照jb/t8133.14-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度)的方法，采用阿基米德原理测定对照例炭轴承或轴套材料的体积密度；按照jb/t8133.4-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第4部分：肖氏硬度)的方法，采用hs-19ctv型硬度机测试对照例炭轴承或轴套材料的肖氏硬度；按照jb/t8133.7-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度)的方法，测定对照例炭轴承或轴套材料的抗折强度；按照jbt 8133.8-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第8部分：抗压强度)的方法，测定对照例炭轴承或轴套材料的抗压强度；按照jb/t8133.15-2013(电炭制品物理化学性能试验方法第15部分：气孔率)的方法，测定对照例炭轴承或轴套材料的开孔气孔率；按照gb/t40406.2-2021(炭素材料压缩静态弹性模量和泊松比测定方法)，采用美国ta公司动态热机械分析仪dma850测定炭轴承或轴套材料的弹性模量(gpa)；按照gb/t 3074.4-2016(石墨电极热膨胀系数(cte)测定方法)，采用德国耐驰公司(netzsch.ltd公司)热膨胀仪dil 402expedis，测定炭轴承或轴套材料的热膨胀系数(10-6
/℃)；按照gb/t 8722-2019(炭素材料导热系数测定方法)，采用德国耐驰公司(netzsch.ltd公司)lfa457型号激光导热系数测量仪，测定炭轴承或轴套材料的热传导率(w/m*k)。炭轴承或轴套的理化性能测定结果见表1。
[0156]
采用mhs-200型高速载流摩擦磨损试验机，测试炭轴承或轴套材料的摩擦系数及模拟磨损率，测定结果见表2；对照例的炭轴承或轴套的摩擦系数-时间曲线图如图5所示。
[0157]
表1炭轴承或轴套材料的物理机械性能测试结果
[0158]
性能实施例1实施例2实施例3实施例4对照例体积密度(g/cm3)1.751.801.821.851.76
肖氏硬度(hsd)6570757870抗折强度(mpa)5565606565抗压强度(mpa)110110125135100开孔气孔率(％)3.52.02.51.52.0弹性模量(gpa)6.05.86.36.15.5热膨胀系数(10-6
/℃)3.03.13.53.43.8热传导率(w/m*k)7464687140
[0159]
表1的测试结果表明：本发明方法制备的炭轴承或轴套的体积密度为1.75-1.85g/cm3，肖氏硬度为65-78hsd，抗折强度为55-65mpa，抗压强度为110-135mpa，开口气孔率为1.5-3.5％。
[0160]
本发明制备的炭轴承或轴套采用单个成型工艺，相较于进口材料的机械加工工艺而言，制作工艺简洁，工序精简，且相较于进口材料而言，本发明制备的材料抗折强度指标持平，抗压强度指标稍高，气孔率指标持平，本发明制备的炭轴承或轴套经市场验证适用于电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套使用。
[0161]
本发明制备的炭轴承或轴套采用添加剂cb-001，制备出的产品强度大、热膨胀系数低；本发明制备的炭轴承或轴套采用添加剂fa-001，制备出的产品弹性模量高、热传导率高。由此制备出的材料符合高强度、高韧性、高耐磨且润滑性好的特点，适合于电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套使用，亦适合洗碗机、饮料机、咖啡机、恒温热水系统等多种其他类家电泵用。
[0162]
表2炭轴承或轴套材料的摩擦磨损试验结果
[0163] 实施例1实施例2实施例3实施例4对照例摩擦系数0.140.250.290.270.22模拟磨损率：每小时质量损失率(％)0.300.200.210.220.30
[0164]
由表2结果可知：本发明制备的炭轴承或轴套材料摩擦系数与进口材料持平，而且材料模拟磨损率低，耐磨性能优，与进口材料相比，耐磨损性能相当，甚至其耐磨损性能超过了进口材料的耐磨性能。
[0165]
本发明上述实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套的制备方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：1)将基体粉料与粘结剂沥青在加热条件下混合均匀，制备原料混合物；2)对原料混合物进行破碎、筛分处理，制得原料混合物粉末；3)将原料混合物粉末加入到压制模具中，进行压制处理，制得生坯料；4)对生坯料进行热焙烧处理，制得炭轴承或轴套。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤1)中所述基体粉料包括如下原料：石墨、沥青焦、炭黑、添加剂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，所述添加剂包括cb-001强度添加剂或/和fa-001韧性添加剂。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述cb-001强度添加剂与fa-001韧性添加剂的重量份配比为(15-55)：(5-20)，优选为(20-50)：(10-15)。5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤1)中所述基体粉料与粘接剂沥青的重量份配比为(130-180)：(45-65)，优选为(140-170)：(50-60)。6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤2)中经过破碎、筛分处理制得的原料化合物粉末的粒度≤120目。7.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤3)中压制处理制得的生坯料的体积密度为1.75-1.95g/cm3，优选为1.80-1.88g/cm3。8.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤4)中所述热焙烧处理的温度为900-1300℃。9.一种电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套，其特征是，按照如权利要求1-8任一所述方法制备而成。

技术总结
本发明公开了一种电动汽车电子水泵用炭轴承或轴套及其制备方法，包括：将天然石墨、人造石墨、氟化石墨、沥青焦、炭黑和添加剂混合均匀的基体粉料与粘结剂沥青混匀，制得原料混合物；将破碎处理得到的原料混合物粉末加入到压制模具中，进行压制处理，制得生坯料；对生坯料进行热焙烧处理，即得炭轴承或轴套。本发明炭轴承或轴套采用压制成型工艺制作，工序精简，产品强度高、耐磨性能好、尺寸稳定性高，具有绿色环保的特点，通过食品接触材料检测，符合《食品安全国家标准食品接触材料及制品通用安全要求》和美国食品和药品管理局FDA认证标准，适用于洗碗机、饮料机、咖啡机、恒温热水系统等多种家电泵，尤其适用于电动汽车电子水泵用。尤其适用于电动汽车电子水泵用。


技术研发人员：殷玲 曾兵 汪锁
受保护的技术使用者：湖北东南佳新材料有限公司
技术研发日：2022.10.12
技术公布日：2023/9/22