专利名称：常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种密封环，特别是微孔碳化硅石墨自润滑密封环及其常压烧结 的制造方法。
技术背景陶瓷密封环如碳化硅烧结陶瓷密封环，由于其硬度高，耐磨性能好，耐高温、 耐化学腐蚀等优良性能，被广泛使用于恶劣工作条件的密封。目前国内反应烧结 生产的碳化硅密封环耐高温性能差，特别是温度超过1400'C时碳化硅陶瓷的抗 弯强度急剧下降。纯碳化硅密封环存在的这些缺陷难以适应许多恶劣工况条件中 使用，特别是在硬对硬密封摩擦时，容易产生两端工作面粘合，而造成两端面在 工作状态下，摩擦系数增大，导致密封提前失效。CN1830900A提出一种碳化硅 密封环制造方法，它采用纳米级材料，超高温烧结工艺，使密封环产品的碳化硅 含量提高，硬度大、耐腐蚀性好、弯曲强度高。但硬度提高，在硬对硬密封磨擦 时，同样会产生两工作面贴合，仍会发生工作磨擦系数增大，导致密封提前失效。 因此在提高碳化硅密封环耐高温、耐磨损、耐腐蚀的同时，如何降低磨擦系数， 防止硬对硬的密封磨擦时产生工作面粘合，成为提高陶瓷密封环使用寿命的技术 难题之一。 发明内容本发明要解决的技术问题是通过改进材料成分和烧结工艺，达到提高碳化硅 密封环耐高温、耐磨损、耐腐蚀和弯曲强度高的同时，具有良好的自润滑性和干 磨性等功效。本发明采用下述技术方案实现上述目的。常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环，其特征是原料组成为碳化硅粉90 96%重量，石墨粉2 8%重量，聚乙烯醇2 5%重量。常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环制造方法，其特征在于包括以下步骤a、将碳化硅微粉、石墨微粉和聚乙烯醇按组成称重，并将碳硅微粉和石墨微粉混合均匀；b将聚乙烯醇加入去离子水中，边搅拌边加热升温至完全溶化，稀释浓度为 4 6 %;e、将已混合均匀的粉料用聚乙烯醇水溶液按粉料聚乙烯醇水溶液为l: 05 的体积比稀释，搅拌成浆料，在球磨机内常温球磨1 6小时；d、 将上述球磨过的浆料置于喷雾干燥塔中喷雾造粒，泵出压力为1 4MPa， 进口温度180 220°C，出口温度60 150。C;e、 将喷雾造粒粉在混合机中再充分搅拌混合均匀，装入桶中密封保存；f、 将已拌和均匀的喷雾造粒粉置于模具内施以70 200MPa/cn^压制成型；g、 将己压制成型的制品放入真空高温炉中烧结，在温度升至120(TC以上用 氩气保护，烧结温度2000 228(TC烧结5小时，保温0.5 4小时后，降至室温 出炉。本发明的有益效果在于，碳化硅密封环原料组成中添加石墨微粉和聚乙烯 醇，使碳化硅密封环中既含有游离石墨，又含有碳化硅与聚乙烯醇粘结形成的交 联孔隙。采用常压烧结工艺，即高温真空烧结，使聚乙烯醇粘结的碳化硅由于聚 乙烯醇在高温中分解产生微小孔隙，游离石墨和交联孔隙的存在降低了碳化硅密 封环的硬度，增加弹性，改善了碳化硅密封环的自润滑性，既提高了干磨擦性也 改善了其耐热冲击性，提高了硬对硬情况下压力、转速的承载能力。碳化硅密封 环含有的交联孔隙将作为流体介质的储槽使介质起到分流润滑效果，使碳化硅密 封环产品含有自润滑性能的石墨和具有均匀微孔分布的自吸液膜功能。使碳化硅 密封环的耐干磨性和耐热冲击性同时提高，因而在硬对硬摩擦组合中，能起缓冲 作用，降低动磨擦系数，阻止密封环的失效，利用本方法制造的产品使用寿命比 传统方法生产的碳化硅延长2倍。
具体实施方式
主要原材料来源碳化硅SiC、亚微米级a—SiC，粒度(d50) 0. 5 0. 8 u m， 纯度》98.5%， Fe203《0.05%，市售商品，山东维坊或河南郑州产。石墨C，为高纯度石墨粉M106，纯度>95%，粒度30 120目，市售商品。交联剂，聚乙烯醇PVA，产品规格型号1788。实施例l:常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环的组成成份ci一碳化硅粉90%重 量，'石墨粉7%重量，聚乙烯醇3%重量。工艺步骤将符合纯度和粒度要求的a —碳化硅微粉、石墨微粉和聚乙烯醇按上述组成 成份称重，并将所述碳化硅与石墨混合均匀；将聚乙烯醇加入去离子水中，边投料边搅拌边加热升温80 卯'C至完全溶 化，稀释浓度为6%;将已混合均匀的粉料用聚乙烯醇水溶液按粉料聚乙烯醇水溶液为1: 0.5 的体积比稀释，搅拌成浆料，在球磨桶内球磨机速度200 500转/分，球磨1 6 小时；将上述已球磨过的浆料置于喷雾干燥塔中喷雾造粒GL-25离子喷雾干燥机， 泵出压力l 4MPa，进口温度控制在180 220。C，出口温度60 150°C;将喷雾造粒粉放在混合丰几中再搅拌混合均匀，装入桶中密封保存6 12小时；将经混合均匀、密封保存的喷雾造粒粉放在成型模具中，用液压机施以70 200MPa/cW压制成型。将巳压制成型的制品放在真空高温炉中烧结，在温度升至120(TC以上用氩 气保护，烧结温度2000 2280'C烧结5小时，保温0.5 4小时后，降至室温出 炉；将己烧结成型的产品表面研磨修正，检验入库。 试制品性能指标试制品按产品抽样方式，送样给上海硅酸盐所检测结果如下 SiC含量>90%重量，碳和其它杂质<10%重量，体积密度2.6 2.9g/cm3，努氏 硬度(Knoop) 2600Kg/mm2,抗压强度〉1700Mpa,抗弯强度〉140Mpa，晶粒尺寸 3 10urn，最大不超过60um，石墨颗粒不超过280um，微孔尺寸最大不超过60um， 气孔率4%~7%。实施例2常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环的组成成份a—碳化硅粉96%重 量，石墨粉2%重量，聚乙烯醇2%重量。 工艺步骤将符合纯度和粒度要求的a —碳化硅微粉、石墨微粉和聚乙烯醇按上述组成 成份比例称重，并将所述碳化硅与石墨混合均匀；将聚乙烯醇用去离子水稀释溶解，边投料边搅拌边加热升温S0 90。C至完 全溶化，稀释浓度为4%;"将已混合均匀的粉料用聚乙烯醇水溶液按粉料聚乙烯醇水溶液为1: 0.5的体积比稀释，搅拌成浆料，在球磨桶内球磨机速度200 300转/分，球磨1 6 小时；将上述已球磨过的浆料置于喷雾干燥塔中喷雾造粒，G1-25离子喷雾干燥机， 泵出压力l 4MPa，进口温度控制在180 220°C，出口温度60 150°C;将喷雾造粒粉放在混合机中再搅拌混合均匀，装入桶中密封保存6 12小时；将经混合均匀、密封保存的喷雾造粒粉放在成型模具中，用油机施压70 200MPa/cn^压制成型。将己压制成型的制品放在真空高温炉中烧结，在温度升至1200'C以上用氩 气保护，烧结温度2000 228(TC烧结5小时，保温0.5 4小时后，降至室温出 炉；将已烧结成型的产品表面研磨修正，检验入库。试制品性能指标试制品按产品抽样方式，送样给上海硅酸盐所检测结果如 下SiC含量>90%重量，碳和其它杂质<10%重量，体积密度2. 6 2. 9g/cm3， 努氏硬度(Knoop) 2800Kg/mm2，抗压强度〉1800Mpa，抗弯强度M50Mpa，晶粒尺 寸3-9um，最大不超过55um，石墨颗粒不超过260um,微孔尺寸最大不超过 55um，气孔率4% 7%。
权利要求
1. 常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环，其特征是原料组成为碳化硅粉90～96％重量，石墨粉2～8％重量，聚乙烯醇2～5％重量。
2、 根据权利要求1所述的常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环，其特征 是常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环的性能指标为碳化硅含量>90%重量， 碳和其它杂质<10%重量，体积密度2. 6 2. 9g/cm3，努氏硬度2600 2800Kg/ram2， 抗压强度〉1700Mpa，抗弯强度〉140Mpa，晶粒尺寸3~10um最大不超过60um， 石墨颗粒尺寸不超过280um，微孔尺寸最大不超过60um，气孔率4%~7%。
3、 .常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环制造方法，其特征在于包括以下 步骤a、将碳化硅微粉、石墨微粉和聚乙烯醇按组成称重，并将碳硅微粉和石墨微 粉混合均匀；b将聚乙烯醇加入去离子水中，边搅拌边加热升温至完全溶化，稀释浓度为 4 6%;C、将已混合均匀的粉料用聚乙烯醇水溶液按粉料聚乙烯醇水溶液为l: 05 的体积比稀释，搅拌成浆料，在球磨机内常温球磨1 6小时；d、 将上述球磨过的桨料置于喷雾干燥塔中喷雾造粒，泵出压力为1 4MPa， 进口温度180 220。C，出口温度60 150。C;e、 将喷雾造粒粉在混合机中再充分搅拌混合均匀，装入桶中密封保存；f、 将已拌和均匀的喷雾造粒粉置于模具内施以70 200MPa/cn^压制成型；g、 将已压制成型的制品放入真空高温炉中烧结，在温度升至1200'C以上用氩 气保护，烧结温度2000 2280'C烧结5小时，保温0.5 4小时后，降至室温出 炉。
全文摘要
常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环，其原料组成为碳化硅粉90～96％重量，石墨粉2～8％重量，聚乙烯醇2～5％重量。其制造方法包括以下步骤将各原料按组成称重，把碳硅微粉和石墨微粉混合均匀；将聚乙烯醇加入去离子水中加温溶化，将混合均匀的粉料加聚乙烯醇水溶液搅拌成浆料，常温球磨；将浆料置于喷雾干燥塔中喷雾造粒，再置于模具内压制成型；将成型的制品放入真空高温炉中烧结，降至室温出炉。本发明碳化硅密封环中既含有游离石墨，又含有碳化硅与聚乙烯醇粘结形成的交联孔隙，增加弹性，改善了碳化硅密封环的自润滑性，改善其耐热冲击性，在硬对硬摩擦组合中，能起缓冲作用，降低动磨擦系数，阻止密封环的失效，产品使用寿命延长2倍。
文档编号F16J9/26GK101255330SQ20081006047
公开日2008年9月3日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者励永平, 李友宝 申请人:宁波东联密封件有限公司