專利名稱：石墨-金屬基復(fù)合密封材料及制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種以石墨-金屬為基體制造的密封材料及該密封材料的制造方法。
目前，閥門、泵所選用的填料式密封材料主要是石棉盤根，即在閥門的閥桿上或泵體的轉(zhuǎn)軸上纏繞上石棉盤根，然后用壓蓋將其壓緊，以保證本體與轉(zhuǎn)軸之間的密封。對(duì)于石棉盤根來說，由于它本身的自潤滑能力、壓力補(bǔ)償性能都比較差，而且它的密封性能受操作人員技術(shù)水平的影響較大，難以達(dá)到長時(shí)間的良好密封。另外，人們利用柔性石墨紙張制成的密封填料，這種密封填料具有應(yīng)用溫度范圍廣、耐磨、自我潤滑性能好、加工安裝簡(jiǎn)單可靠、不老化等優(yōu)點(diǎn)，但是這種材料的壓力補(bǔ)償能力還是比較差，特別是對(duì)硬質(zhì)點(diǎn)的敏感度極高，容易被撕裂，被撕裂的部分由于不能靠壓力產(chǎn)生補(bǔ)償，常常引起泄漏。另外人們以金屬、石墨等非彈性體制成了硬填料密封，即分瓣式平面密封環(huán)。由于純金屬的自潤滑能力比較差，石墨的強(qiáng)度比較低，人們一般用石墨浸漬金屬制造分瓣式平面密封環(huán)，由于石墨浸漬金屬這種材料中的石墨與金屬的分布不均勻，故此使用也不理想。
本發(fā)明的目的是為了克服上述不足，而發(fā)明的一種密封性能好、耐磨損、制造工藝簡(jiǎn)單、具有自潤滑能力、而且具有一定壓力補(bǔ)償能力的石墨-金屬基復(fù)合密封材料及其該密封材料的制造方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，它由石墨、金屬和粘接劑組成，即金屬與石墨經(jīng)粘接劑粘接在一起，然后再用模具將它壓制成所需要的各種形狀。本發(fā)明所說的金屬為有色金屬，如鉛、銅、鋁、巴氏合金、鎳等，其金屬的形狀為碎片狀，即將所用的有色金屬通過熔化澆注或其他方法加工成薄紙(板)，然后加工成金屬碎片。本發(fā)明所述的石墨為碎片狀柔性石墨，即由柔性石墨紙(板)或其他形式的柔性石墨制品加工成柔性石墨碎片。所說的粘接劑可以是有機(jī)粘接劑如FFD-202酚醛樹酯、尼龍202密封膠、F-4聚四氟乙烯等，也可以是對(duì)有色金屬碎片和柔性石墨碎片有一定粘接能力的其他粘接膠類。粘接膠作為偶聯(lián)劑，其目的是將有色金屬碎片與柔性石墨碎片有機(jī)地粘接在一起，最好是將有色金屬碎片的外表面粘滿柔性石墨碎片，然后將有色金屬碎片和柔性石墨碎片的混合物模壓成形，作為密封材料用。也可進(jìn)一步將模壓成形的密封材料放入高溫中，使有色金屬碎片焊聯(lián)形成金屬骨架，以提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和硬度，做為硬質(zhì)密封填料制造分瓣式平面密封環(huán)用。
本發(fā)明所述的這種密封材料，其柔性石墨碎片主要做為潤滑劑和回彈性較好的填充劑。有色金屬碎片主要起骨架作用，它提高了石墨間的結(jié)合性、保持石墨的連續(xù)性、強(qiáng)化整體的強(qiáng)度和提高表面的抗撕裂性能降低石墨的撕裂損壞。因此柔性石墨碎片、有色金屬碎片和粘接劑三者的混合比根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的工況而定。作為軟密封填料柔性石墨的所占比例可大一些，而制作硬質(zhì)密封填料，其有色金屬碎片的含量大一些。柔性石墨碎片、有色金屬碎片和粘接劑三者之間的最佳比例(體積比)為(5～65)∶(30～90)∶(5～20)。
本發(fā)明所說的柔性石墨碎片的大小和有色金屬碎片的大小，也是根據(jù)該密封材料所使用的工況而定。制造較小的密封件時(shí)，其有色金屬碎片和柔性石墨碎片可以加工的碎一些，而制造較大的密封件時(shí)，有色金屬碎片和柔性石墨碎片可以相對(duì)大一點(diǎn)。其有色金屬碎片和柔性石墨碎片的大小最好控制在厚度0.1～1mm，表面積0.25～10mm2的范圍內(nèi)。
本發(fā)明所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料的制作工藝為先將所用的有色金屬和柔性石墨加工成碎片狀。其有色金屬碎片的加工方法為可以將所用的有色金屬溶化澆注成薄紙(板)或通過壓制的方法加工成薄紙(板)狀，然后加工成碎片，也可以用其他方法將有色金屬加工成碎片;柔性石墨碎片可以用柔性石墨紙來加工，也可以用其他柔性石墨制品進(jìn)行加工。將加工好的有色金屬碎片、柔性石墨碎片和粘接劑三者按規(guī)定的比例配制，待混合均勻后放入模具中壓制成型。為了保證柔性石墨碎片能夠均勻地粘接到有色金屬碎片上，在配制該密封材料時(shí)，先將有色金屬碎片和粘接劑進(jìn)行混合，待混合均勻后再加入柔性石墨碎片進(jìn)一步混合，這樣做的目的是為了將有色金屬碎片的表面均勻地粘滿柔性石墨碎片。在模壓成型時(shí)，也可以保證柔性石墨和有色金屬在該密封材料中的均勻性，也可以有效地防止石墨碎片之間或金屬碎片之間的粘接。為了防止有色金屬碎片、柔性石墨碎片和粘接劑三者的混合物在模壓成型時(shí)粘模具，待有色金屬碎片、柔性石墨碎片和粘接劑三者混合均勻后放入烘箱中進(jìn)行烘烤或放在常溫下涼曬，最后再放入模具中壓制成型。若將該混合物放在烘箱中進(jìn)行烘烤，一般將其放入50～70℃的烘箱中烘烤5～30分鐘即可。若將三者的混合物放在常溫下晾干，晾曬24小時(shí)左右即可。
本石墨-金屬基復(fù)合密封材料還可以進(jìn)一步加熱，用來制做硬質(zhì)密封填料，其制作工藝是將由有色金屬碎片、柔性石墨碎片和粘接劑的混合物模壓成型后，可以先進(jìn)行烘干，其烘干溫度最好控制在250～280℃，烘烤時(shí)間為20～30分鐘，然后再放入到高于基體金屬熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中加熱2分鐘以上，也可以直接放入到高于基體金屬熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中加熱2分鐘以上。放入到高于基體金屬熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中加熱的目的是使有色金屬碎片部分熔化。通過熔化部分的金屬將金屬碎片與金屬碎片之間焊聯(lián)起來，構(gòu)成整體的金屬骨架，以增加該密封材料的強(qiáng)度和硬度。為了保證其有色金屬碎片之間的熔聯(lián)，加熱熔焊的溫度最好控制在高于基體金屬的熔點(diǎn)20～30℃，加熱時(shí)間控制在2～10分鐘。加熱溫度高，加熱時(shí)間可以縮短，加熱的溫度低，則可以延長加熱時(shí)間，以保證金屬碎片之間焊聯(lián)為一體為準(zhǔn)。為了防止密封材料加熱后變形，在該密封材料加熱后放入模具中進(jìn)一步整形，以保證其使用精度。
由于本石墨-金屬基復(fù)合密封材料是由有色金屬碎片、柔性石墨碎片和粘接劑混合后經(jīng)模壓成型的層狀結(jié)構(gòu)，它不但保留了石墨本身具有的良好地自潤滑性能和回彈性，而且具有在壓力作用下層與層之間產(chǎn)生的滑移性能，使本密封材料作為軟填料密封時(shí)具有良好地壓力補(bǔ)償性，能起到良好地密封效果，特別是用在加工精度較低的閥門上，同樣能達(dá)到良好地密封效果，有效地防止閥門的泄漏。本密封材料主要采用的是粘接和模壓成型的方法制造的，制造工藝簡(jiǎn)單、易行。對(duì)于制造硬質(zhì)密封填料來講，通過有色金屬碎片之間的焊聯(lián)，既可以保證其強(qiáng)度，又具有良好地自潤滑性能，這樣在保證其密封的前提下，又可以減少磨損，延長其硬質(zhì)填料的使用壽命。
實(shí)施例一制取厚0.2mm，表面積0.25～10mm2的鉛碎片30cm3制取厚0.4mm，表面積0.25～10mm的柔性石墨碎片60cm3;再取10cm3的尼龍202密封膠。先將尼龍202密封膠與鉛碎片放在一個(gè)容器中混合均勻后，再加入柔性石墨繼續(xù)進(jìn)行混合，將它們?nèi)叩幕旌衔锶炕旌暇鶆蚝?，放?0℃的烘箱中烘烤10分鐘，取出一部分放在環(huán)形模具中，在100MPa的壓力下壓制成環(huán)形密封圈。使用時(shí)將其放入閥或泵的密封槽中用壓蓋壓緊。由于該密封環(huán)內(nèi)部呈層狀分布，在壓力的作用下層與層之間有良好地滑移性能，則可以保證密封圈與閥桿或泵軸之間緊密地接觸，這樣就可以保證其閥或泵的密封，防止其泄漏。密封填料與閥桿或泵軸接觸部分磨損較大時(shí)，只要進(jìn)一步旋緊壓蓋，則可以保證其該密封圈與閥桿或泵軸的緊密接觸，保證其密封性能。
實(shí)施例二制取厚0.8mm，表面積0.25～10mm2的巴氏合金80cm3;制取厚0.2mm，表面積0.25～10mm2的柔性石墨15cm3;取尼龍-202密封膠5cm3。先將巴氏合金碎片與尼龍-202密封膠進(jìn)行混合，待混合均勻后加入柔性石墨碎片，并繼續(xù)進(jìn)行混合，待混合均勻后放入到50℃的烘箱中烘烤5～8分鐘，取出部分混合物放入模具中在100MPa的壓力下壓制成硬質(zhì)填料級(jí)密封件。將模壓成形的密封件進(jìn)一步烘干，在250～280℃的溫度范圍內(nèi)烘烤20～30分鐘即可。取出后進(jìn)一步整形，然后放入340℃的加熱爐中加熱5分鐘，從爐中取出后進(jìn)一步整形，則可制造出硬填料密封件。
權(quán)利要求
1.石墨--金屬基復(fù)合密封材料，由石墨、金屬和粘接劑組成，其特征在于所說的石墨為片狀柔性石墨，金屬為片狀有色金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料，其特征在于有色金屬碎片柔性石墨碎片和粘接膠三者之比(體積)為(30～90)∶(5～65)∶(5～20)
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料，其特征在于有色金屬和柔性石墨碎片的厚度為0.1～1mm，表面積為0.25～10mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料的制作工藝，其特征在于首先將柔性石墨和有色金屬加工成片狀，然后將有色金屬碎片、柔性石墨碎片和粘接劑按規(guī)定的比例混合均勻，最后放入模具中壓制成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料的制作工藝，其特征在于將有色金屬碎片和粘接劑混合均勻后，再加入規(guī)定量的柔性石墨碎片，將其混合均勻。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料的制作工藝，其特征在于將柔性石墨碎片、有色金屬碎片和粘接劑三者混合均勻后，放入烘箱中烘干或自然涼干后，放入模具中壓制成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料的制作工藝，其特征在于在模具中壓制成型后的密封件放入250～280℃的溫度范圍內(nèi)烘烤20～30分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料的制作工藝，其特征在于將有色金屬碎片、粘接劑和柔性石墨碎片混合壓制成型后，放入高于基體有色金屬熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中，加熱2分鐘以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨-金屬基復(fù)合密封材料的制作工藝，其特征在于將有色金屬碎片·粘接劑和柔性石墨碎片混合壓制成型后，放入高于基體有色金屬熔點(diǎn)20～30℃的溫度范圍內(nèi)，加熱2～10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以石墨、金屬為基體制造的密封材料及該密封材料的制造方法。它由金屬、石墨和粘接劑組成。所說的金屬為碎片狀有色金屬，如鉛、銅、鋁等；石墨為碎片狀柔性石墨；粘接劑可以是有機(jī)粘接膠如FFD—202酚醛樹脂等，也可以是其他膠類。其制造工藝是將金屬、石墨和粘接劑三者按規(guī)定的比例混合均勻，然后放在模具中壓制成型。為了增強(qiáng)其強(qiáng)度，還可以將壓制成型的密封材料放入高溫中加熱固化。本材料可以用于閥桿、泵軸等密封。
文檔編號(hào)C09K3/10GK1076468SQ9210643
公開日1993年9月22日 申請(qǐng)日期1992年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月14日
發(fā)明者隋作訓(xùn), 陳建峰, 于淳海 申請(qǐng)人:隋作訓(xùn), 陳建峰, 于淳海