本发明涉及密封材料技术领域，具体涉及一种石墨密封材料及其制备方法。
背景技术：
石墨的层状结构使其具备较好的润滑性能，同时石墨还具有良好的化学稳定性和一定的机械强度，因此通常被用作密封材料。传统的石墨材料生产一般使用焦炭或石墨为骨料、沥青或树脂为粘结剂，经混捏、磨粉、成型、炭化或石墨化制得石墨基材。因为炭化过程中会产生大量气孔，因此石墨材料作为密封材料使用时一般都需要进行浸渍封孔处理，常见的浸渍剂有酚醛树脂、环氧树脂、铜、银、巴氏合金、玻璃等，树脂类浸渍剂在浸渍时通常都会产生一定的环境污染，而金属和非金属类浸渍剂则对设备的要求较高，此外，采用浸渍的方法很难保证材料的均一性。
公开号为cn106350006a的中国专利文献公开了一种石墨密封材料及其制备方法，该密封材料的原料质量份数为一阶段料4.8～6.6份，人造石墨粉0.4～2.0份，煤沥青2.7～3.2份，经热混、轧片、磨粉、压制、焙烧、反复浸渍煤沥青、石墨化、加工、反复浸渍酚醛树脂、固化等工艺步骤制的石墨密封材料，材料的抗折强度55～75mpa，开口气孔率＜1％，体积密度≥1.9g/cm3，具备高强度、耐腐蚀、抗氧化、耐磨、自润滑性能。这种方法中大量的使用了浸渍的方法进行材料增强，工序较长，成本较高。
公开号为cn101050347a的中国专利文献公开了一种炭/炭密封材料的制造方法，采用针刺工艺制取准三维结构预制体，将预制体置于预压定向流气相沉积炉内，采用等温化学气相渗透致密工艺，形成热解炭基体，在真空压力浸渍罐内浸渍糠酮树脂或酚醛树脂，经固化处理和炭化处理；再在真空-压力浸渍罐浸渍沥青，并在热等静压机中炭化处理；经过高温热处理和树脂浸渍封孔，形成炭/炭密封材料。制得的炭/炭密封材料具有高的力学性能、良好的密封性和可靠性，克服了石墨密封材料的脆性、裂纹敏感性。这种方法中使用的针刺准三维预制体成本高昂，碳致密化过程需要采用的气相沉积炉，对设备要求高，同时也需要通过树脂浸渍封孔才能使材料具备密封性能。
技术实现要素：
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本较低的石墨密封材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种石墨密封材料。具体地，所述石墨密封材料按照质量份数包括：石墨50～80份、粘结剂10～30份、二氧化硅5～15份、氧化硼1～5份、三氧化二铝1～5份和长石组合物0.1～15份。
优选地，所述石墨密封材料按照质量份数包括：石墨60～70份、粘结剂15～25份、二氧化硅8～12份、氧化硼2～4份、三氧化二铝2～4份和长石组合物1～10份。
优选地，所述石墨密封材料按照质量份数包括：石墨65份、粘结剂20份、二氧化硅10份、氧化硼3份、三氧化二铝3份和长石组合物6份。
优选地，所述石墨为天然石墨、人造石墨或天然石墨和人造石墨的混合物，平均粒径为5～20μm；所述的粘结剂为煤沥青或酚醛树脂；所述长石组合物为钾长石、钠长石或硅灰石中的一种或多种。
优选地，所述钾长石：钠长石：硅灰石的质量份数比为1：1：1。
本发明第二方面提供了一种石墨密封材料的制备方法。具体的，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)按质量份称取石墨、粘结剂、二氧化硅、氧化硼、三氧化二铝和长石组合物；
(2)将步骤(1)中原料在捏合机中进行混捏，得到混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料进行破碎、磨粉及筛分，得到粉料；
(4)将步骤(3)中的粉料成型，得到成型生坯；
(5)将步骤(4)中的成型生坯进行烧结，得到石墨密封材料。
优选地，所述步骤(2)中的混捏温度为90～250℃，混捏时间为30～180min。
优选地，所述步骤(3)中的粉料平均粒径为20～50μm。
优选地，所述步骤(4)中所述的成型为等静压成型或模压成型，成型压力为100～300mpa。
优选地，所述步骤(5)中的烧结使用惰性气氛作为保护气氛，升温速率为0.1～5℃/min，烧结温度为700～1200℃，保温时间为1～6h。
本发明具有如下优点：
1、本发明的石墨密封材料通过加入钾长石、钠长石和硅灰石，能够有效降低石墨密封材料的气孔率，从而省略制备工艺中的浸渍处理，降低了生产成本。
2、本发明的石墨密封材料通过加入二氧化硅和三氧化二铝，能够提高石墨密封材料的机械强度高，提升其耐磨性能。
3、本发明的石墨密封材料的制备方法，生产工艺简单，设备投入少，反应条件温和，生产成本低，其生产的石墨密封材料均一性较好，具有极大推广应用潜力。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例的石墨密封材料的制备方法，按以下步骤制备：
(1)称取65份平均粒径为12.5μm的天然石墨、20份酚醛树脂、8份二氧化硅、2份氧化硼、3份三氧化二铝、1份钾长石和1份硅灰石；
(2)将步骤(1)中原料在捏合机中进行混捏，混捏温度为170℃，混捏时间为105min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料进行破碎、磨粉及筛分，得到平均粒径为35μm的粉料；
(4)将步骤(3)中的粉料成型，等静压成型，成型压力为200mpa，得到成型生坯；
(5)将步骤(4)中的成型生坯在氮气气氛下进行烧结，升温速率为3℃/min，烧结温度为950℃，保温时间为3.5h，得到石墨密封材料。
实施结果：石墨密封材料的体积密度为1.82g/cm3，抗折强度为48mpa，开口气孔率1.53％。
实施例2
本实施例的石墨密封材料的制备方法，按以下步骤制备：
(1)称取60份平均粒径为8μm的人造石墨、25份酚醛树脂、12份二氧化硅、3份氧化硼、2份三氧化二铝、0.1份钾长石、0.1份钠长石和2份硅灰石；
(2)将步骤(1)中原料在捏合机中进行混捏，混捏温度为90℃，混捏时间为100min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料进行破碎、磨粉及筛分，得到平均粒径为25μm的粉料；
(4)将步骤(3)中的粉料成型，模压成型，成型压力为100mpa，得到成型生坯；
(5)将步骤(4)中的成型生坯在氩气气氛下进行烧结，升温速率为0.1℃/min，烧结温度为800℃，保温时间为2h，得到石墨密封材料。
实施结果：石墨密封材料的体积密度为1.75g/cm3，抗折强度为55mpa，开口气孔率3.26％。
实施例3
本实施例的石墨密封材料的制备方法，按以下步骤制备：
(1)称取50份平均粒径为15μm的天然石墨和人造石墨的混合物(比例为1:1)、30份煤沥青、5份二氧化硅、5份氧化硼、1份三氧化二铝、2份钾长石、2份钠长石和3份硅灰石；
(2)将步骤(1)中原料在捏合机中进行混捏，混捏温度为250℃，混捏时间为30min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料进行破碎、磨粉及筛分，得到平均粒径为45μm的粉料；
(4)将步骤(3)中的粉料成型，等静压成型，成型压力为250mpa，得到成型生坯；
(5)将步骤(4)中的成型生坯在氮气气氛下进行烧结，升温速率为1.5℃/min，烧结温度为1200℃，保温时间为1h，得到石墨密封材料。
实施结果：石墨密封材料的体积密度为1.84g/cm3，抗折强度为46mpa，开口气孔率1.98％。
实施例4
本实施例的石墨密封材料的制备方法，按以下步骤制备：
(1)称取80份平均粒径为5μm的天然石墨和人造石墨的混合物(比例为1:1.2)、10份煤沥青、10份二氧化硅、4份氧化硼、5份三氧化二铝和5份钠长石；
(2)将步骤(1)中原料在捏合机中进行混捏，混捏温度为220℃，混捏时间为180min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料进行破碎、磨粉及筛分，得到平均粒径为20μm的粉料；
(4)将步骤(3)中的粉料成型，模压成型，成型压力为260mpa，得到成型生坯；
(5)将步骤(4)中的成型生坯在氦气气氛下进行烧结，升温速率为5℃/min，烧结温度为700℃，保温时间为5h，得到石墨密封材料。
实施结果：石墨密封材料的体积密度为1.79g/cm3，抗折强度为52mpa，开口气孔率2.46％。
实施例5
本实施例的石墨密封材料的制备方法，按以下步骤制备：
(1)称取70份平均粒径为20μm的天然石墨、15份酚醛树脂、15份二氧化硅、1份氧化硼、4份三氧化二铝、5份钠长石和5份硅灰石；
(2)将步骤(1)中原料在捏合机中进行混捏，混捏温度为100℃，混捏时间为50min，得到混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料进行破碎、磨粉及筛分，得到平均粒径为50μm的粉料；
(4)将步骤(3)中的粉料成型，等静压成型，成型压力为300mpa，得到成型生坯；
(5)将步骤(4)中的成型生坯在氦气气氛下进行烧结，升温速率为4℃/min，烧结温度为1100℃，保温时间为6h，得到石墨密封材料。
实施结果：石墨密封材料的体积密度为1.77g/cm3，抗折强度为58mpa，开口气孔率4.08％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。