[发明专利]一种纯碳质密封环的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纯碳质密封环的制造方法。

背景技术

1.     炭-石墨材料是一种新型材料，在密封系统中，作为陶瓷环，碳化硅环的对磨材料。由于它具有自润滑、抗磨损、耐高温，有足够的机械强度，膨胀系数低，导热率高等特点，是汽车内燃机水泵循环系统最佳的密封材料。传统的制造方法是：将细颗粒炭粉，经配料、混合、轧辊、磨粉等工序制造成压粉;然后在大吨位机械压机上，压制成方坯或圆坯,放入炉子中高温烧结;烧结后的毛坯再进行一系列机械加工。由于压粉粉料的自身比重低、粒度细（-325目）、，石墨粉属于非金属材料所以流动性差，粉料装入型腔中时，压粉太轻不会像陶瓷粉，碳化硅粉或者金属粉一样，自动落实填满，所以型腔内部经常会有孔隙，导致产品压制以后，同等压力的情况下，压成的炭环，中间有空隙的部分密度就会比装实部分的密度低，导致整个产品的密度和硬度不均匀，同时在制造过程中，要用煤沥青作粘结剂，煤沥青在热处理过程中，需进行一系列的化学反应，使煤沥青中的碳转换成固定碳，产品在加热处理过程中会产生收缩、弯曲、变形，各部尺寸变化较大且难于掌握，从而导致本领域未能使用陶瓷环，碳化硅环生产中使用的单个成型方法。

常规的烧结程序：炭材料在400°C以上时，会与空气中的氧气发生氧化反应，形成一氧化碳和二氧化碳气体而耗损，为解决这一难点，常规的做法是使用大量的固体炭材料包裹产品，使空气中的氧气与产品外缘的碳发生氧化，不与产品自身直接接触，进而达到抗氧化的目的。极易受挤压变形，并且产品四周堆积的固定碳材料厚薄不均匀易导致产品受热不均匀，直接影响产品质量。从而导致传统的制造方法存在以下缺点：

1.     生产周期长：从投料开始到产成品出来，大约需要1.5—2个月。仅高温烧结工序，从装炉、升温、保温、冷却、出炉等便需要30天。

2.     生产效率低：传统常规加工方法是将毛坯料加工成符合图纸要求的成品密封环，按照现行加工定额，每班（8小时）产量为200个。

3.     毛坯利用率低：将坯料加工成成品，毛坯利用率低，一般只有15%左右。

4.     产品质量不均匀：由于使用煤沥青做粘结剂，沥青中含有大量的挥发份、游离碳，在烧结升温的过程中，沥青在80°C时，开始软化、挥发,产品在挥发熔化变软的状况下，产生收缩、变形、开裂等情况；一块大型毛坯要加工成若干密封环，由于一块毛坯的内外性能的差异，导致单个环的质量存在差异。

5.     污染环境大：在加工过程中，出现车屑炭粉，防止炭粉飞扬十分困难，致使炭粉浓度难于达标。

6.     制造成本高：由于生产周期长，生产方式落后，造成成本高。

发明内容

为了克服上述生产周期长，生产效率低，产品质量不均匀，制作成本高等问题，本发明采用先将压粉压制成单个纯碳质密封环胚料即生料环（以下称生料环），再烧结的方法，从而提高纯碳质密封环的生产效率，缩短生产周期，提高产品稳定性。

 本发明技术方案为：一种纯碳质密封环的制造方法，包括以下步骤：

a．将碳石墨粉与其他辅料按比例配制加工成压粉；

b．根据纯碳质密封环的形状和结构，将压粉压制成纯碳质石墨环胚料即生料环；

c．对生料环进行烧结；

将压粉压制成生料环包括以下步骤：

a.     根据产品图纸，按压粉压制前后的压缩比3:1，设计并制造相应模具；

b.     将压粉注入到模具型腔中，并将注入的压粉夯实，使模具型腔内的压粉与模具型腔壁之间及压粉中不存在孔隙，从而使模具型腔中的压粉密度一致；

    c．利用压机对模具型腔中的压粉粉料上下挤压，使压粉粉料在压制后密度达到1.50-1.70g/cm3；

d.     形成图纸所要求的形状后，脱模取出压制的胚料即生料环。

     经过分选，将生料环携带的石墨粉分离掉，等待烧结。

  按如下焙烧曲线对生料环进行烧结将取得更好的烧结效果：

a．预热阶段： 150分钟，温度匀速地从室温升至300℃;

b．升温阶段： 550分钟，温度匀速地从300℃上升至900℃; 

c．高温阶段：烧结温度保持在900℃至1400℃（优选烧结温度保持在900℃至1100℃），时间不低于100分钟;

d．冷却阶段：冷却时间150分钟，使烧结炉内的温度匀速地从900℃以上的烧结高温降到室温。