刚性弓网系统是地铁列车的主要结构框架，碳滑板和接触网的磨损直接影响着铁路运输的效率。列车运行过程中，碳滑板与接触网保持连续地滑动接触摩擦并伴随着机械和电气磨损。两者之间的刚性碰撞直接决定了弓网系统的接触载荷和铁路运输效率。由于地铁列车的频繁加速和减速，刚性弓网系统的接触界面会经常出现异常磨损，使弓网系统的电能传输质量大大降低。另外，弓网之间的异常磨耗必然加剧弓网系统之间的动态冲击和高频振动，给弓网系统的正常运行带来更加严峻的挑战。因此，如何通过碳滑板的结构-功能一体化设计来降低摩擦副之间的异常磨耗对于提高电能传输、提高滑板使用寿命具有重要意义，是一项目前亟待解决的难题。
近日，湖南大学涂川俊课题组开发了一款由“预氧丝碳纤维”诱导构筑的具有连续“铜网络结构”的新型浸铜碳滑板材料。其中，预氧丝碳纤维的引入可在高温焙烧后碳滑板的内部形成连续的联通微孔道，有助于浸铜处理时高温铜液地迅速浸入，从而形成“铜网络结构”。载流磨损测试结果显示：具有“铜网络结构”碳滑板材料在载流磨损工况下，可以维持较稳定的摩擦系数和较低的接触电阻。同时，碳滑板与接触线在大电流密度工况下的燃弧率仍维持在较低值，证实了该碳滑板材料具有优异的抗燃弧性能。以上研究成果对于新型的碳滑板的研制具有重要的工程指导价值，为解决目前刚性接触网频发的弓网异常磨耗的问题提供了新的思路。
碳滑板工艺流程图
该研究成果以《Investigation of the enhancement in current-carrying friction performance with internal “copper network structure” constructed by pre-oxidized carbon fibers of the carbon skateboard》为题，在摩擦学顶级期刊《Tribology International》上发表最新研究成果。湖南大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位，博士后刘新龙为论文第一作者，博士后合作导师涂川俊研究员为论文通讯作者，团队成员刘艳丽副教授、李润副教授和陈宜兴博士生参与了该课题研究，研究得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109820
不同电流下摩擦系数(a)、电接触电阻(b)以及平均值(c)
