專利名稱：用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
各種水泵用機(jī)械密封件中的密封環(huán)多使用軟硬兩種材料對(duì)磨以實(shí)現(xiàn)液體的動(dòng)密封。硬質(zhì)材料根據(jù)使用的工況多選用硬質(zhì)合金或氧化鋁、碳化硅陶瓷等。軟質(zhì)材料多使用自潤(rùn)滑性能極佳的石墨。而高溫、重載荷工況，無(wú)潤(rùn)滑或有腐蝕性介質(zhì)的工況，多采用陶瓷材料或優(yōu)質(zhì)石墨材料制成的機(jī)械密封件。上述機(jī)械密封要求具備耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、 自潤(rùn)滑、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。但在實(shí)際工況中發(fā)現(xiàn)，碳化硅陶瓷耐磨耐腐蝕性能好，但自潤(rùn)滑性能不足，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)劇烈的溫升導(dǎo)致陶瓷件炸裂而失效。石墨件雖然自潤(rùn)滑性能優(yōu)異，耐腐蝕性能好，但耐磨損性能差，使用壽命難以保證，因而急需開發(fā)一種既耐腐、耐磨損，有具有摩擦系數(shù)小，耐熱沖擊的材料，滿足上述工況的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料及其制備方法，以解決目前陶瓷密封環(huán)不具備耐腐蝕、耐磨損，摩擦系數(shù)小且耐熱沖擊特點(diǎn)的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是方案一所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5-15份的石墨、80-90份的碳化硅和5份的硅粉組成。方案二 步驟一、取石墨粉和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中石墨粉的體積份數(shù)為5-15份，碳化硅粉的體積份數(shù)為80-90份，硅粉的體積份數(shù)為5份，其中碳化硅粉的粒徑為7-14微米，目數(shù)為80-200目，球磨罐中的磨球使用無(wú)壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為石墨粉和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12- 小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為100-200目，干燥溫度為100°C -150°C ；步驟二、在鋼模中壓制成密封環(huán)的粉末壓坯，壓力為150-200Mpa;步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤(rùn)，侵潤(rùn)時(shí)間為1-3小時(shí)，侵潤(rùn)過程中在熔融的硅液表面施加0. 5-10MPa的氬氣氣壓，侵潤(rùn)過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤(rùn)后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700-1800°C，時(shí)間2_5小時(shí)。本發(fā)明具有以下有益效果1、制成的含石墨碳化硅燒結(jié)密封環(huán)的基體由石墨和碳化硅互穿網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，不含游離硅，因而耐腐蝕性能優(yōu)異。石墨與游離硅的反應(yīng)所形成的碳化硅形成網(wǎng)絡(luò)的骨架，起到支撐的作用。過量的石墨處于網(wǎng)絡(luò)的空隙中，起到潤(rùn)滑和減磨的作用。制成的含石墨碳化硅密封環(huán)具有良好的潤(rùn)滑性能、耐腐蝕性能、耐磨性能和抗熱震的能力。經(jīng)試驗(yàn)證明所得到的制品其摩擦系數(shù)降低，摩擦熱明顯減少，耐磨性能提高，可用于制作無(wú)潤(rùn)滑工況使用的密封環(huán)；2、本發(fā)明的制造方法中的侵潤(rùn)過程將未反應(yīng)的游離硅繼續(xù)與石墨反應(yīng)以確保硅與石墨生成碳化硅的過程全部完成。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5-15份的石墨、80-90 份的碳化硅和5份的硅粉組成。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式的所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由50份的石墨、90份的碳化硅和5份的硅粉組成。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的復(fù)合材料按體積份數(shù)比由15份的石墨、80份的碳化硅和5份的硅粉組成。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的方法包括以下步驟所述方法包括以下步驟步驟一、取石墨粉和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中石墨粉的體積份數(shù)為5-15份， 碳化硅粉的體積份數(shù)為80-90份，硅粉的體積份數(shù)為5份，其中碳化硅粉的粒徑為7-14微米，目數(shù)為80-200目，球磨罐中的磨球使用無(wú)壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為石墨粉和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12-M小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為100-200目， 干燥溫度為100°C -150°C ；步驟二、在鋼模中壓制成密封環(huán)的粉末壓坯，壓力為150-200Mpa;步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤(rùn)，侵潤(rùn)時(shí)間為1-3小時(shí)，侵潤(rùn)過程中在熔融的硅液表面施加0. 5-10MPa的氬氣氣壓，侵潤(rùn)過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤(rùn)后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700-1800°C，時(shí)間2_5小時(shí)。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式的所述步驟四中的燒結(jié)爐為氣壓燒結(jié)爐，粉末壓坯在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)，氣壓燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為2-lOMpa，此步驟燒結(jié)粉末壓坯效果更好。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式的步驟三中氬氣的純度為99. 99%，此步驟加速硅與石墨生成碳化硅。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。具體實(shí)施例如下具體實(shí)施例一取80目焦油浙青石墨粉300克，平均粒徑14微米，純度大于99% 的碳化硅粉700克在球磨機(jī)中混合均勻。磨球使用無(wú)壓燒結(jié)到碳化硅?；旌锨凹尤胭|(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇水溶液作為粘接劑?；旌洗蠹s12小時(shí)后，取出120°C干燥，破碎成小顆粒過200目篩。在鋼模中壓制成外徑60mm，內(nèi)徑40mm，高度IOmm的密封環(huán)粉末壓坯。壓力為150-200MPa。而后至于熔融的純硅液體中，侵潤(rùn)3_4小時(shí)。侵潤(rùn)過程熔融的硅液表面施加的氣壓。侵潤(rùn)過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出工件，置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1755°C，時(shí)間2-5小時(shí)。所得到的密封環(huán)燒結(jié)體的密度為2. 67g/cm3.硬度HVl 150。上述材料相互組成密封件，進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，壓力1. 5MPa。運(yùn)行30分鐘后密封件的表面溫度34°C。具體實(shí)施例二 取200目石墨粉100克，平均粒徑7微米的碳化硅粉900克，置于球磨罐中，加入碳化硅磨球占球磨罐體積的三分之一，同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇水溶液作為粘接劑。混合大約M小時(shí)。干燥破碎后過200目篩。所得到的粉料在鋼模中壓制成型，壓力為100-150MPa。壓制成直徑30mm，高度50mm的密封環(huán)。置于熔融的硅液中侵潤(rùn)。硅液表面施加IOMI^a純度為99. 99%的氬氣氣壓。侵潤(rùn)的時(shí)間為5小時(shí)。緩慢降壓至常壓后取出工件，置于氣壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1755°C，時(shí)間3小時(shí)，氣壓為2MPa。
所得到的密封環(huán)燒結(jié)體密度為2.74g/cm3?？箯潖?qiáng)度為156MPa，斷裂韌性為 5. 9MPam1/2。
權(quán)利要求
1.一種用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5-15 份的石墨、80-90份的碳化硅和5份的硅粉組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由50份的石墨、90份的碳化硅和5份的硅粉組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由15份的石墨、80份的碳化硅和5份的硅粉組成。
4.一種權(quán)利要求1所述用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟一、取石墨粉和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中石墨粉的體積份數(shù)為 5-15份，碳化硅粉的體積份數(shù)為80-90份，硅粉的體積份數(shù)為5份，其中碳化硅粉的粒徑為7-14微米，目數(shù)為80-200目，球磨罐中的磨球使用無(wú)壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為10 %的溶液，該溶液的質(zhì)量為石墨粉和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12-M小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為 100-200 目，干燥溫度為 100°C -150°C ；步驟二、在鋼模中壓制成密封環(huán)的粉末壓坯，壓力為150-200Mpa ；步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤(rùn)，侵潤(rùn)時(shí)間為1-3小時(shí)，侵潤(rùn)過程中在熔融的硅液表面施加0. 5-10MPa的氬氣氣壓，侵潤(rùn)過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤(rùn)后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700-1800°C，時(shí)間2-5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟四中的燒結(jié)爐為氣壓燒結(jié)爐，粉末壓坯在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)，氣壓燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為 2-IOMpaο
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟三中氬氣的純度為99. 99%。
全文摘要
用于陶瓷密封環(huán)的復(fù)合材料及其制備方法，它涉及一種復(fù)合材料及其制備方法。解決目前陶瓷密封環(huán)不具備耐腐蝕、耐磨損，摩擦系數(shù)小且耐熱沖擊特點(diǎn)的問題。方案一所復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5-15份的石墨、80-90份的碳化硅和5份的硅粉組成；方案二步驟一、取石墨粉和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合；步驟二、在鋼模中壓制成密封環(huán)的粉末壓坯，壓力為150-200Mpa；步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤(rùn)，侵潤(rùn)時(shí)間為1-3小時(shí)，侵潤(rùn)過程中在熔融的硅液表面施加0.5-10MPa的氬氣氣壓，取出浸潤(rùn)后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700-1800℃，時(shí)間2-5小時(shí)。本發(fā)明用于制造密封環(huán)。
文檔編號(hào)C04B35/565GK102408236SQ20111022878
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者李文新, 李文輝 申請(qǐng)人:哈爾濱新輝特種陶瓷有限公司