碳刷（Carbon brush），行业标准名称也称电刷，是电动机、发电机或其他旋转机械中，连接固定部分和转动部分，用以传递能量或信号的装置 。因其主要构成材料为碳，故而得名碳刷。作为滑动接触件，碳刷在众多电气设备里得以广泛应用。碳刷产品采用的应用材质丰富多样，主要有石墨、电化石墨、浸脂石墨以及含有铜、银等的金属石墨 。它一般由纯碳添加凝固剂制成，外形常见为方块状，安装于金属支架上，并在弹簧的作用下紧密压在转轴上。电机运转时，碳刷负责将电能通过换相器传输给线圈 。由于在运行过程中存在滑动摩擦，碳刷属于易磨损部件，需定期维护更换，并及时清理积碳 。其外观类似擦铅笔的橡皮条，顶部有导线引出，尺寸大小不一 。

一、简史

（一）国际

19 世纪 70 年代之后，蒸汽机带动发电机发电的模式兴起，电力供应逐步增加，电动机也随之被广泛推广 。1883 年，法国人法尔博（Farbe）制造出炭质电刷，这一发明为发电机和电动机在容量与转速方面的提升创造了条件 。1895 - 1900 年期间，英国、法国等国家纷纷建立起炭刷生产厂 。1877 年，爱迪生发明电话，电话的话机结构材料采用了炭质振动膜和炭粒 。此后不久，电工用炭素制品与机械工业用耐磨炭素制品相互融合，逐渐发展成专门的电炭制品工厂 。

（二）国内

电碳制品制造业在全球已有 100 多年历史，而在中国仅有约 30 多年发展历程 。1949 年以前，国内仅有日本占领东北时期的满洲炭素株式会社生产干电池用碳素棒、板，以及上海一些手工作坊加工电刷等小型工厂和作坊 。新中国成立后，电碳制造行业才开始逐步建立并发展起来 。由于电碳制品具备良好的导电性、耐热性、抗腐蚀性、自润滑性，且比重小、热膨胀系数小等特性，在电工、机械、冶金、煤炭、化工、交通、电子、航空、原子能、家用电器以及生物工程等众多领域得到广泛应用，在国民经济诸多部门以及国际尖端技术领域发挥着关键作用 。

二、行业发展

（一）1949 - 1958 年摸索研制和引进苏联技术时期

新中国成立后，为解决东北地区电机用电刷的紧迫需求，抚顺铝厂（301 厂）利用日伪遗留设备，成立了 30 人的电刷试制工段 。凭借抚顺矿务局提供的样品以及能搜集到的资料，经过一年努力，成功研制出第一代电力机车用电刷，经试验可替代外国电刷 。1952 年，该电刷试制工段迁至哈尔滨电池厂内，成立电刷车间，开始生产天然石墨电刷、铜石墨电刷等多种品种 。1958 年 6 月，苏联援建的重点工程 —— 哈尔滨电碳厂建成投产，能够生产 6 个系列、21 个品种的电刷，从而结束了 “洋碳” 在中国市场的统治地位 。1958 年后，上海电碳厂（原上海电刷厂）、北京电碳厂（原北京碳棒厂）等相继建立，中国电碳行业的雏形开始形成 。

（二）1958 - 1970 年从仿造到自行设计时期

哈尔滨电碳厂最初仿照苏联古基诺瓦电碳厂设计，工艺技术及主要设备均采用该厂标准，但产品品种单一，无法满足市场多样化需求 。经过不断努力，该厂研制生产出适用于 200MW 以下汽轮发电机集电环和励磁机的 D172 电刷、轧钢电机用的 D104 及 D308 电刷、牵引电机用的 D374 电刷等 。并且在积累经验的基础上，自行设计生产了汞弧整流器用石墨阳极及石墨栅极、抗磨石墨密封材料、无轨电车滑块、电力机车滑板、加热器用石墨等产品，品种扩充至近百种，产量增加到 800 吨 。同时，还自主设计了铅锡粉喷吹机、铜粉磨粉联动线、移动式石墨化炉、连续式电炉等专用设备 。北京电碳厂生产的 B108 - 60 电影放映碳棒自 1958 年开始出口，出口范围陆续扩大到东南亚等十几个国家和地区 。60 年代，阜新、株洲两家电碳厂建成投产，从最初的电刷加工逐步过渡到自行生产各类电刷毛坯，增强了行业内电刷毛坯的供应能力和生产水平 。这一时期最突出的发展成果是由哈尔滨电碳厂设计包建的四川东新电碳厂建成投产 。与哈尔滨厂苏联援建的第一期工程相比，东新电碳厂的机械化、自动化程度均有所提高，劳动条件也得到显著改善 。

（三）1971 - 1985 年稳步发展时期

1971 年以后，尤其是在改革开放政策实施后，中国电碳行业进入大规模稳步发展阶段 。到 1985 年，已形成了包括哈尔滨电碳厂、东新电碳厂、北京电碳厂、上海电碳厂、上海电影碳棒厂、阜新电碳厂、株洲电碳厂、北京第二电碳厂等 8 家重点骨干企业，以及 100 多家电碳制品加工厂点的较为完整的多品种电碳制造行业 。全行业职工总数达到 6500 人（其中工程技术人员 800 人），工业总产值为 6424 万元，产量为 3800 吨 。从 1971 年起，行业产品产值增长速度平均每年递增 5% 左右 。电碳产品不仅满足了国内经济建设快速发展的需求，还出口到美国、泰国、新加坡、巴基斯坦、孟加拉国等国家和地区 。

三、功能特点

碳刷作为电机的重要零部件，一般由碳和其他材料制成，主要用于传导电流并实现电刷式接触 ，在各类工业设备的电动机，如发电机、风力涡轮机、电动工具等设备中广泛应用 。碳刷的主要作用是传导电流以及提供电刷接触 ，基于此，它具备以下功能特点 ：

良好的导电性：碳属于优良的导电材料，碳刷能够在无线传电机构中形成稳定的电接触，并实现电流传输 。

不会弥漫性引火：电机运行时易出现刷火现象，而碳刷能够确保火花不会弥漫扩散 。

具备温度稳定性：碳刷材料可耐受高温或低温环境，保障电机在不同温度条件下正常运转 。

耐磨性和耐久性佳：通常情况下，碳刷故障率较低，使用寿命较长 。

四、结构

（一）结构形式

石墨电刷装置依据电刷在换向器或集电环上的安装方向，可分为径向式、后倾式和前倾式三种 。在常用的径向结构中，弹簧的加压方式也存在差异 。例如，（a）为窝线盘簧，（b）为螺旋压簧，（c）为拉簧，这三种弹簧加压方式均是使弹簧压力直接作用于电刷上 ；（d）为杠杆压板式，其结构特点是弹簧压力并非直接施加到电刷上 。

（二）分类

按材料分

碳 - 石墨电刷类：

天然石墨电刷：此类电刷接触电压降相对较高，整流性能良好，集流性能逊于电化石墨电刷，但润滑性能出色，适用于线速度较高的同步机滑环及交流绕线式电动机 。

树脂粘结剂石墨电刷：该电刷电阻较大，接触电压降高，换向性能佳，抗氧化、抗磨性能理想，不过电耗较大，多用于交流整流子电机 。

电化石墨电刷类：

石墨基电刷（软质电刷）：其特点是摩擦系数低，润滑性能好，集流性能、热稳定性和抗氧化性能优良，适用于线速度较高的大型同步电机、瞬间冲击负荷大的轧钢电机，以及中小型直流电机 。

焦炭基电刷（中硬质电刷）：这类电刷接触电压降较大，形成氧化膜能力较好，换向性能良好，具备一定集流性能，用于冲击负荷较大的轧钢电机等，以及电压高于 220V 的一般直流电机 。碳墨基电刷（硬质电刷）：此电刷属于电化石墨电刷类中的高阻电刷 。其特点是电刷接触电阻大，换向性能好，适用于换向困难的直流电机，但结构疏松，摩擦系数大，出厂前通常最好经过浸渍处理 。

金属石墨电刷类：由金属和石墨组成，充分利用金属导电性好、石墨润滑性好的特性，通过调整金属及石墨的含量来改变电刷性能 。其特点是接触电压降、电阻系数和电损耗小，主要用于低压大电流电机、低压交流绕线式电机 。

简而言之，天然石墨电刷和电化石墨电刷电阻系数和电刷压降较大，相对耐磨，允许使用的线速度较高（可达 50 - 70m/s） 。金属石墨电刷电阻系数和电刷压降较小，耐磨性能较差，允许使用的线速度较低，约为 15 - 35m/s 。电动工具用电刷的材料主要采用电化石墨 。

按形状分：有平刷、球形刷、蒸汽浸渍碳刷、硬质碳双面压制碳刷、片式碳刷、带硬度覆盖层碳刷等 。

按使用场合分：包括交流、直流电机用碳刷、集电环碳刷、轨道交通牵引电机用碳刷、电钻、割草机、打磨机、搅拌机等工具用碳刷等 。

按使用方式分：有自然有力接触式碳刷、弹簧压紧式碳刷、旋转有力定向碳刷等 。

五、应用领域随着电机制造业的发展，电机用电刷的系列品种持续增加，目前已能生产石墨电刷、电化石墨电刷、金属石墨电刷、高阻电刷等 13 个系列，93 个品种 。碳刷的应用范围极为广泛，主要应用于发电机、电动机等领域，在交流电机和直流电机中均有使用 。例如集电环碳刷、轨道交通牵引电机用碳刷，以及电钻、割草机、打磨机、搅拌机等工具中也会用到碳刷 。此外，碳棒、电刷、密封材料等相关产品已出口至香港、美国、东南亚等 10 多个国家和地区 。1991 年，南区电碳厂开发研制的 D313 电机用电刷、S78 电机用电刷、D3741G/D371F 机车牵引电刷等 3 个类型 4 个品牌的电碳制品通过省级技术鉴定 。其中，D313 电刷是为满足国内钢铁工业引进高速线材精轧电机的需求而研制的，该产品电阻率高、滑动性能指标接近国际同类产品水平，属国内首创，结束了从联邦德国、英国、美国等国家进口电刷的历史 。1993 年 10 月，该厂从上海电机技术研究所采购动态实验机投入使用，使产品加工精度及检测手段达到国际电工产品标准 。1998 年，该厂确定以铁路机车电刷为支柱产品 。1999 年 12 月，该厂的机电产品扩散申请获铁道部机车产品验收部门批准，机车牵引电刷正式进入铁路市场 。主要产品为 D、J 系列两大类，被华南、华中、西南、西北等 60 多个机务段及高性能机车所使用，铁路电刷产品占工厂总产量的 40% - 50% 。2000 年，市电碳厂完成改制，成立株洲新方圆电碳有限公司 。同年，该公司 “ZT” 牌电机用电刷广泛应用于铁路、汽车运输等领域 。

六、性能