一种抗氧化石墨密封圈的制作方法

本发明属于太阳能光热利用技术领域，尤其涉及一种抗氧化石墨密封圈。

背景技术：

在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。太阳能具有资源量大、分布范围广、清洁无污染、技术可靠等优点。太阳能发电技术日益成为我国乃至国际可再生能源技术发展的重点。我国太阳能资源丰富，全国总面积2/3以上的地区年日照时长大2000小时以上，我国太阳能资源的年理论储量可达17000亿吨煤。

在太阳光能的采集过程中，太阳能集热装置中设置有用于连接管路的旋转接头，连接管路、旋转接头内部有流通的高温介质，旋转接头的内部设置有石墨密封圈，因此，石墨密封圈的耐高温性能对接头的使用寿命有严重的影响。石墨材料广泛应用于航空核能及工业等领域，不过，石墨材料在500℃以上的氧化环境中开始氧化，使其应用受到很大限制，现有石墨密封圈已无法满足使用需求。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题，提供了一种抗氧化性能高的石墨密封圈。

本发明所采用的技术方案为：一种抗氧化石墨密封圈，其特征在于，各组分按照质量份数组成为：硅粉5-15份、碳化硼5-15份、沥青65-70份、石墨5-15份、四氢呋喃1-5份。

各组分按照较优质量份数组成为：硅粉8份、碳化硼10份、沥青68份、石墨12份、四氢呋喃2份。

一种抗氧化石墨密封圈的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照质量份数称量各组分：硅粉5-15份、碳化硼5-15份、沥青65-70份、石墨5-15份、四氢呋喃1-5份；

（2）将所述步骤（1）中称量的石墨、硅粉、碳化硼和沥青按比例混合后，使用四氢呋喃作为分散剂，经过球磨分散，加入模具中，压制焙烧成管状，经过高压浸渍、加压焙烧成型，成型完毕后，切割成环，抛光打磨。

所述步骤（2）中选用无机盐或高分子浸渍剂。

所述步骤（2）中选用聚碳硅烷作为浸渍剂。

本发明的有益效果为：

1、本发明中硅粉、碳化硼、沥青、石墨共同反应形成了B₄C-SiC陶瓷复合材料，而沥青把陶瓷粒子包覆使复合材料分散相均匀分布于连续相中，材料表面形成硼硅酸薄膜，使其在高温下抗氧化性能提高；

2、现有石墨密封圈的硬度低、耐磨性差、使用周期短、需要频繁更换，本发明在石墨中加入陶瓷相后，形成了陶瓷石墨复合材料，同时具备陶瓷和石墨两种材料的优良性能，不仅使材料的耐磨性能有了很大提高，又能保留石墨的自润滑性能，降低摩擦因数，复合材料具有高强度和耐磨的优点；

3、使用四氢呋喃作为分散剂，经过球磨分散，使陶瓷粒子破碎后与石墨形成分散相，沥青为连续相，这样既可提高研磨效率，又能使分散相分布更加均匀；

4、石墨的热膨胀系数为29×10^-6m/(m·K)，而陶瓷的热膨胀系数为3×10^-6m/(m·K)，两种材料经过复合后，其热膨胀系数会降低，经检测为10×10^-6m/(m·K)，在高温情况下，其热胀冷缩性能会进一步放大，二者复合的材料更适合在高温下长期使用；

5、加入无机盐或高分子浸渍剂，如聚碳硅烷，使其填充于复合材料的表面孔隙中，从而达到密封作用，密封性能好。

附图说明

图1-3为本发明应用于旋转接头中的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

图中，1-壳体，2-弹簧，3、4、5-石墨密封圈，6-连接件。

实施例1

一种抗氧化石墨密封圈按照如下步骤制备：

（1）按照质量份数称量各组分：硅粉15份、碳化硼8份、沥青65份、石墨8份、四氢呋喃5份；

（2）将步骤（1）中称量的石墨、硅粉、碳化硼和沥青混合并搅拌均匀，加入四氢呋喃，然后快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完毕后，减压蒸馏处理，减压蒸馏处理完毕后，将混合物加入模具中，2000℃热处理压制成管，使用聚碳硅烷对管进行高压浸渍，浸渍压力为0.8MPa，然后加压焙烧成型，成型完毕后，切割成环，抛光打磨。

实施例2

一种抗氧化石墨密封圈按照如下步骤制备：

（1）按照质量份数称量各组分：硅粉12份、碳化硼5份、沥青70份、石墨5份、四氢呋喃3份；

（2）将步骤（1）中称量的石墨、硅粉、碳化硼和沥青混合并搅拌均匀，加入四氢呋喃，然后快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完毕后，减压蒸馏处理，减压蒸馏处理完毕后，将混合物加入模具中，2000℃热处理压制成管，使用高分子浸渍剂对管进行高压浸渍，浸渍压力为0.8MPa，然后加压焙烧成型，成型完毕后，切割成环，抛光打磨。

实施例3

一种抗氧化石墨密封圈按照如下步骤制备：

（1）按照质量份数称量各组分：硅粉8份、碳化硼10份、沥青68份、石墨12份、四氢呋喃2份；

（2）将步骤（1）中称量的石墨、硅粉、碳化硼和沥青混合并搅拌均匀，加入四氢呋喃，然后快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完毕后，减压蒸馏处理，减压蒸馏处理完毕后，将混合物加入模具中，2000℃热处理压制成管，使用高分子浸渍剂对管进行高压浸渍，浸渍压力为0.8MPa，然后加压焙烧成型，成型完毕后，切割成环，抛光打磨。

实施例4

一种抗氧化石墨密封圈按照如下步骤制备：

（1）按照质量份数称量各组分：硅粉10份、碳化硼15份、沥青67份、石墨15份、四氢呋喃2份；

（2）将步骤（1）中称量的石墨、硅粉、碳化硼和沥青混合并搅拌均匀，加入四氢呋喃，然后快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完毕后，减压蒸馏处理，减压蒸馏处理完毕后，将混合物加入模具中，2000℃热处理压制成管，使用聚碳硅烷对管进行高压浸渍，浸渍压力为0.8MPa，然后加压焙烧成型，成型完毕后，切割成环，抛光打磨。

实施例5

一种抗氧化石墨密封圈按照如下步骤制备：

（1）按照质量份数称量各组分：硅粉5份、碳化硼12份、沥青65份、石墨10份、四氢呋喃1份；

（2）将步骤（1）中称量的石墨、硅粉、碳化硼和沥青混合并搅拌均匀，加入四氢呋喃，然后快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完毕后，减压蒸馏处理，减压蒸馏处理完毕后，将混合物加入模具中，2000℃热处理压制成管，使用无机盐浸渍剂对管进行高压浸渍，浸渍压力为0.8MPa，然后加压焙烧成型，成型完毕后，切割成环，抛光打磨。

图1-3为本发明中的石墨密封圈应用于3种旋转接头中的结构示意图，其中，旋转接头的壳体1选用321（0Cr19Ni10Ti) 奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢具有耐高温、耐磨损、耐氧化等优点，加工后，进行固溶处理、高温盐浴，增加表面硬度及耐腐蚀性。

性能测试

（1）对本发明中的产品进行摩擦磨损试验，试验设备采用MHK-500环块式摩擦磨损试验机，在PV值为30MPa•m/s的条件下，石墨密封圈的摩擦系数为0.198，体积磨损量为0.26 mm³，是纯石墨磨损量的1/10；在压强速率值增加的过程中，陶瓷石墨复合材料的摩擦系数变化不大，表明复合材料摩擦系数受影响较小。

（2）对本发明中的产品进行抗氧化性试验，具体测试根据中华人民共和国航空工业标准HB5258-2000钢及高温合金的抗氧化性测定标准中规定的方法进行，本发明产品的平均氧化速度为0.4g/m²·h，平均氧化皮脱落量为5.0g/m²，达到了2级，抗氧化性能高。

以上对本发明的5个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。