专利名称：碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种工程材料，具体地说是适用于泵类、阀类等机械密封用的碳氮化钛基金 属陶瓷材料。
技术背景目前，用作泵体、阀门类的机械密封材料主要有以下几种(1)橡胶材料；(2)石棉 材料；(3)金属材料。橡胶制密封材料容易老化，耐受温度压力较低，耐腐蚀性差，另外由 于橡胶本身的弹性增大了密封材料与基体之间的摩擦力，既加剧了两者之间的磨损，又使得 开关阀门较为费力；石棉类密封材料存在寿命短、易腐烂的缺点，为此不得不经常更换密封 材料从而造成损失；金属密封材料价格昂贵、密封性较差。因而虽然现有多种密封材料，但 由于缺乏实用性及合适的性能价格比而不能满足泵体、阀门类机械密封材料在现代工业中的 应用。Ti(C，N)基金属陶瓷是20世纪70年代出现的一种新型陶瓷材料，它具有高熔点、高硬度、 耐磨损、耐腐蚀、抗氧化等性能特点。另外，Ti(C，N)基金属陶瓷来源丰富，价格较一般金属 材料低廉。因此Ti(C,N)基金属陶瓷既满足了泵体、阀门类密封材料耐高温、耐腐蚀、耐磨损 的实用要求，又满足了性价比的要求，是密封材料的理想候选材料，具有广阔的市场应用前學发明内容本发明的目的在于提供一种使用寿命长、密封性好、性价比高的泵体及阀门类机械密封 材料，以提高密封质量，降低密封成本，保障设备的正常运行。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的-是利用来源广泛、价格低廉的Ti(C， N)粉体为基本材料，辅以粘结剂、晶粒抑制剂及其 它添加剂。将这些原料于乙醇或丙酮介质中充分混合，然后进行干燥、压制成型等工艺，将 压坯置于反应炉中于真空或气体保护条件下进行液相烧结，通过优化工艺来获得高硬度、高 抗弯强度及断裂韧性的致密材料，从而满足泵体、阀门类机械密封材料的性能需求。 进一步的是，所述粘结剂为Fe、 Co、 Ni的一种或者它们的混合物。 进一步的是，所述晶粒抑制剂为Mo、 Mo2C、 VC、 Cr3C2的一种或者它们的混合物。 进一步的是，所述其它添加剂为WC、 TaC、 NbC、 HfC、 C、 Y、 Er、 SiC晶须的一种或 它们的混合物。进一步的是，所述保护气体为高纯氩气、氮气的一种或者它们的混合气体。更进一步的是，所述反应炉为热压烧结炉、管式炉、感应炉、微波烧结炉、放电等离子 烧结炉、回转炉、碳管炉、竖炉、摇炉、推板窑或隧道窑。利用本发明的技术方案制备的碳氮化钛基金属陶瓷材料的抗弯强度〉2000Mpa，硬度 HRA>92.0，具有优良的力学性能。与现有机械密封材料相比，本发明使用的碳氮化钛基金属陶瓷材料兼顾了密封件耐高温、 耐腐蚀、耐磨损的性能要求和生产成本低的市场需求。从而既可满足密封件的密封性能，延 长使用寿命，又可降低密封成本，提高性能价格比。
具体实施方式
实施例l:将54。/。Ti(Co.7， Na3)-10 %(WC-TaC)-15 %WC-8%Mo2C -8 %M-5 %Co (重量比)于适量乙 醇或丙酮中混合，经球磨、干燥、过筛、掺胶、干燥、压制后，将压坯置于烧结-热等静压烧 结炉中，在氩气气氛、lMpa压力下进行烧结，烧结温度为138(TC，保温时间为0.5h，保温结 束后随炉冷却至室温出炉，所制备的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料的抗弯强度为 2043Mpa，硬度HRA为92.2，具有较高的力学性能。实施例2:将54。/。Ti(Co.7， N03)-10 %(WC-TaC)-15 %WC-8%Mo2C -8 %Ni-5 %Co (重量比)于适量乙 醇或丙酮中混合，经球磨、干燥、过筛、掺胶、干燥后，将原料置于放电等离子烧结炉中， 在氩气气氛、15 40Mpa压力下进行烧结，烧结温度为1380'C，保温时间为8min，保温结束后 随炉冷却至室温出炉，所制备的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料的抗弯强度为〉2100Mpa， 硬度HRA〉92.0，具有较高的力学性能。实施例3:将49。/。Ti(Co.7, Na3)-15 %(WC-TaC-TiC)-15 %WC-8%Mo2C -8 %Ni-5 %Co (重量比)于适 量乙醇或丙酮中混合，经球磨、干燥、过筛、掺胶、干燥、压制后，将压坯置于烧结-热等静 压烧结炉中，在氩气气氛、2Mpa压力下进行烧结，烧结温度为138(TC，保温时间为0.5h，保 温结束后随炉冷却至室温出炉，所制备的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料的抗弯强度为 2172Mpa，硬度HRA为91.5，具有较好的力学性能。实施例4:将49。/。Ti(Co.7， Na3)-15 %(WC-TaC-TiC)-15 %WC-8%Mo2C -8 %Ni-5 %Co (重量比)于适 量乙醇或丙酮中混合，经球磨、干燥、过筛、掺胶、干燥后，将原料置于放电等离子烧结炉 中，在氩气气氛、15 40Mpa压力下进行烧结，烧结温度为1380'C，保温时间为8min，保温结 束后随炉冷却至室温出炉，所制备的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料的抗弯强度为 >2200Mpa，硬度HRA〉92.0，具有较好的力学性能。
权利要求
1. 一种碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料，其特征在于利用来源广泛、价格低廉的Ti(C，N)粉体为基本材料，辅以粘结剂、晶粒抑制剂及其它添加剂。将这些原料于乙醇或丙酮介质中充分混合，然后进行干燥、压制成型等工艺，将压坯置于反应炉中于真空或气体保护条件下进行液相烧结，通过优化工艺来获得高硬度、高抗弯强度及断裂韧性的致密材料，从而满足泵体、阀门类机械密封材料的性能需求。
2、 如权利要求1所述的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料，其特征在于所述粘结剂为 Fe、 Co、 Ni的一种或者它们的混合物。
3、 如权利要求1所述的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料，其特征在于所述晶粒抑制剂 为Mo、 Mo2C、 VC、 Ci"3C2的一种或者它们的混合物。
4、 如权利要求1所述的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料，其特征在于所述其它添加剂 为WC、 TaC、 NbC、 HfC、 C、 Y、 Er、 SiC晶须的一种或它们的混合物。
5、 如权利要求1所述的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料，其特征在于所述保护气体为 高纯氩气、氮气的一种或者它们的混合气体。
6、 如权利要求1所述的碳氮化钛基金属陶瓷机械密封材料，其特征在于所述反应炉为热 压烧结炉、管式炉、感应炉、微波烧结炉、放电等离子烧结炉、回转炉、碳管炉、竖炉、摇 炉、推板窑或隧道窑。
全文摘要
本发明涉及一种工程材料，是适用于泵类、阀类等机械密封用的碳氮化钛基金属陶瓷材料。是利用来源广泛、价格低廉的Ti(C，N)粉体为基本材料，辅以粘结剂、晶粒抑制剂及其它添加剂。将这些原料于乙醇或丙酮介质中充分混合，然后进行干燥、压制成型等工艺，将压坯置于反应炉中于真空或气体保护条件下进行液相烧结，通过优化工艺来获得高硬度、高抗弯强度及断裂韧性的致密材料。利用该材料作为泵体、阀门类等机械密封用材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、价格低廉等性能特点。该材料制备工艺简单，便于实现工业化生产，具有广阔的市场应用前景。
文档编号C04B35/56GK101265543SQ20071004864
公开日2008年9月17日 申请日期2007年3月16日 优先权日2007年3月16日
发明者颖 刘, 珊 夏, 军 望, 涂铭旌, 赵志伟, 高升吉 申请人:四川大学