«Электроугольные изделия»

К электроугольным изделиям относят щетки для электрических машин, контактные детали, электроосветительные угли и др.

Электроугольные изделия изготовляют методами порошковой технологии из смеси углеродистых материалов: графита, кокса, сажи, антрацита. В исходный состав некоторых электроугольных изделий вводят также металлические порошки (медный, свинцовый, оловянный и др.). Кроме того, в производстве электроугольных изделий применяют связующие вещества — каменноугольные, бакелитовые, кремнийорганические и другие смолы.

Углеродистые материалы, за исключением графита и сажи, предварительно прокаливают при 1200—1300 °С для удаления летучих веществ и уменьшения объемной усадки получаемых электроугольных изделий. Затем углеродистые материалы измельчают в дробилках до порошкообразного состояния. Взятые в определенном соотношении исходные порошкообразные материалы (углеродистые и металлические) тщательно смешивают, вводят в них связующие вещества (смолы, пески), перемешивают и при 110—230 °С пропускают через специальные смесители. Полученную исходную электроугольную массу сушат, а затем размалывают и просеивают через сито, получая прессовочный порошок (пресс-порошок). Прессованием в стальных пресс-формах из этого порошка изготовляют различные электроугольные изделия или заготовки (блоки), из которых распиливанием и шлифованием получают электрощетки и другие изделия. Электроугольные изделия прессуют при комнатной температуре или при 180—210 °С (в зависимости от связующего). Применяя связующее, размягчающееся или полимеризующееся при повышенных температуpax, прессование производят при повышенных температурах. Прессуют электроугольные изделия при давлениях от 100 до 300 МПа.

Изделия большой длины (электроосветительные угли и др.) изготовляют выдавливанием нагретой исходной пластичной массы через стальной мундштук винтового пресса. Полученные изделия или их заготовки (блоки) подвергают высокотемпературному обжигу в специальных печах в интервале температур от комнатной до 1200—1300 °С. При обжиге происходит спекание — соединение частиц исходных материалов и цементация их коксом, образующимся из связующих органических веществ. В результате обжига электроугольные изделия приобретают механическую прочность и способность к механической обработке, но уменьшается их удельное электрическое сопротивление. Электроугольные изделия, содержащие сажу, кокс и другие неграфитовые компоненты, после обжига подвергают дополнительной термической обработке (при 2400—2800°С), называемой графитизацией. При этом неграфитовые компоненты в изделиях превращаются в графит, а большинство примесей испаряется. В результате графитизации электрощетки (группы ЭГ) и другие изделия приобретают некоторую мягкость, уменьшается их коэффициент трения и резко снижается удельное электрическое сопротивление.

Полученные после графитизации и механической обработки (резка, шлифование) электроугольные изделия обладают значительной пористостью (до 30 %), поэтому их пропитывают лаками или воскообразными веществами, а в некоторых случаях — расплавленными металлами (олово, свинец и др.). Пропитку производят при 80—200 °С и выше жидким пропитывающим веществом. Пропитка устраняет пористость и уменьшает гигроскопичность электроугольных изделий, а иногда позволяет ввести в них смазочные вещества (воскообразные) . Пропитка металлами резко увеличивает механическую прочность электроугольных изделий и повышает их проводимость.

Электроугольные изделия (электрощетки и др.) подвергают механической обработке для придания им окончательной формы и необходимой шероховатости поверхности. Заготовки (блоки) электрощеток и других изделий разрезают на мелкие части фрезами или тонкими карборундовыми кругами на специальных станках. Затем в изделиях сверлят отверстия под гибкие соединительные провода.

Некоторые типы электрощеток и осветительных углей после механической обработки меднят, покрывая часть их поверхности тонким слоем меди для создания надежного электрического контакта между телом электрощетки и щеткодержателем в электрической машине. Слой меди имеет толщину 10—15 мкм. Гибкие (многопроволочные) провода крепят в теле электрощеток развальцовкой, пайкой или запрессовкой. Затем проверяют размеры, твердость и механическую прочность и удельное электрическое сопротивление электрощеток, падение напряжения между щеткой и коллектором, коэффициент трения, переходное сопротивление между токоподводящим проводом и электрощеткой и др. Наибольшее применение среди электроугольных изделий имеют щетки для электрических машин и контактные детали. Различают следующие виды щеток: графитные, угольно-графитные, металлографитные и электрографитированные.

Графитные щетки, изготовляемые из натурального графита, отличаются мягкостью, не вызывают шума при работе и применяются при окружных скоростях от 20 до 35 м/с. Их удельное электрическое сопротивление 70—170 мкОм-м.

Угольно-графитные щетки, изготовляемые из графита, сажи, кокса и связующих смол, обладают повышенной твердостью, механической прочностью, а также абразивностью и поэтому могут очищать оксидные пленки на коллекторах и кольцах электрических машин. Эти щетки применяют при окружных скоростях от 10 до 30 м/с. Их удельное сопротивление 100— 300 мкОм-м.

Металлографитные щетки, изготовляемые из порошков графита и меди (в некоторые вводят также порошки олова и серебра), обладают малым удельным электрическим сопротивлением 0,04—0,3 мкОм-м, щетки с пониженным содержанием меди имеют удельное сопротивление 5—28 мкОм-м. Эти щетки применяются при окружных скоростях 30—40 м/с.

Электрографитированные щетки изготовляют из графита, кокса, сажи и связующих смол. После прессования и обжига в печах щетки поступают в электрические печи для графитизации при 2500 °С. Состав щеток при этом обогащается графитом, что обеспечивает их повышенную механическую прочность и возможность использования при повышенных окружных скоростях (40—90 м/с). Удельное электрическое сопротивление щеток 12—75 мкОм-м. Такие щетки применяют в электрических машинах с тяжелыми условиями коммутации.

Электроугольные электроды, отличающиеся стойкостью к электрической дуге, очень медленно окисляются, не горят, не плавятся до температуры 3800 °С и широко применяются в электрических аппаратах большой мощности. Контактные детали, применяемые в электровозах, троллейбусах и других токосъемных устройствах, изготовляют из электроугольных и медно-графитных масс. Эти изделия имеют очень малое удельное сопротивление — 0,02—0,05 мкОм • м.