[发明专利]一种Al/碳石墨机械密封复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机械密封复合材料领域，具体涉及到一种Al/碳石墨机械密封复合材料的制备方法。

背景技术

在石油、化工、机械制造和许多工业中，随着机泵的工作介质日益繁多，工作条件日益苛刻，在使用机械密封时，除了密封结构和密封系统外，必须对机械密封材料应加以重视，密封材料的性能是决定密封可靠性的首要因素。在机械密封工业中摩擦副材料的选择也极其重要，摩擦副材料的最佳配对可以保证设备最长寿命和最低的运转费用，为了满足摩擦副材料的摩擦学相容性、化学相容性，对于一般介质采用软对硬的摩擦副组合，其中软材料密封面主要靠承磨面的磨合性和自润滑性来维持。碳石墨材料因具有极好的自润滑性和导热性，良好的耐腐蚀性、抗热冲击性和低摩擦系数，所以碳石墨材料在机械密封工艺中常被用作摩擦副材料中的软面材料。

就我国目前生产碳/石墨材料而言，存在着强度低，气密性差，磨损率高等缺点，因此需要我们通过原材料的性能提高，配方设计改进，加工工艺和制造设备等多项措施来提高碳/石墨材料的使用质量，从而达到高强度，高密度，气孔率低，抗氧化，摩擦系数低，耐磨损，光滑细腻，易加工制造等性能特点。文献“利用二次焦制备高强炭/石墨材料”（刘占军等人，新型炭材料，2006年21卷4期，302-306页）以“二次焦”为原料，制备了高强炭/石墨材料。发明专利“旋转轴密封材料及制作方法”（专利号：200910072930.7）针对旋转轴密封材料耐高温性能差及磨损率大的问题，提出将石墨、短切碳纤维和聚四氟乙烯按一定比例混合，经冷压成型，高温烧结，从而制得一种耐高温性能好、磨损率小、摩擦系数低的旋转密封材料。发明专利“碳石墨复合材料的生产方法”（专利号：200910026483.1）提出了一种将碳粉与短纤维经热混捏、压制成型、高温焙烧、煤沥青浸渍、二次高温焙烧、树脂浸渍、车加工、二次树脂浸渍的方法，从而制备出来了抗热震性、耐冲击性、耐磨性能高的碳石墨材料，可用于航天航空及军事工业上。前述专利及文献制备碳石墨复合材料的方法，多采用将石墨焙烧、浸渍等工艺获得，存在着生产工艺复杂、原料及生产成本高等缺点。

由于碳石墨材料属于脆性材料，抗拉强度与剪切强度均较低，耐冲击性能也比较差，所以在碳石墨基体中浸渍铝、铜、银等金属，可以得到高性能的金属/碳石墨复合材料。铝/碳石墨复合材料不仅具有铝基比强度高、导热性好等特性，而且综合了碳石墨的自润滑性和良好的化学稳定性，弥补了金属基体耐磨性差的缺点。为了克服碳石墨机械密封材料硬度低、耐磨性能差、磨损率高和浸渍工艺生产成本较高等缺陷，本发明提出一种短流程、低成本的Al/碳石墨机械密封复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的主要是提供了一种Al/碳石墨机械密封复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

（1）按照质量份数比称取20～25份石墨、15～20份高碳、15～25份铝粉和30份酚醛树脂；

（2）将称取的原料放入橡塑密炼机中混合均匀，70℃机械混捏1个小时，90℃再混捏2个小时；

（3）将混捏料粉碎，过200目筛；

（4）称取适量的混捏粉料放入模具中，施加10～15MPa的压力冷压成型，保压1min；

（5）最后将复合材料放入箱式电炉中，按照一定的温度梯度固化。

材料的加热固化程序如下所示：第一阶段：1小时从室温～140℃，140℃时保温1小时；第二阶段：5min从140℃～150℃，150℃时保温1小时；第三阶段：5min从150℃～160℃，160℃时保温1小时；第四阶段：5min从160℃～170℃，170℃时保温1小时；第五阶段：5min从170℃～180℃，180℃时保温1小时；第六阶段：5min从180℃～190℃，190℃时保温1小时；第七阶段：5min从190℃～200℃，200℃时保温1小时；最后随炉冷却至室温。

本发明的原理：以石墨、高碳为基体，添加一定量的铝粉，酚醛树脂为粘结剂，通过机械搅拌均匀混合，然后经压制成型，最后加热固化成型。此过程中酚醛树脂受热逐渐固化，由线型和支链型变为具有高邻位的体型树脂，从而石墨、高碳、铝粉颗粒与颗粒之间通过酚醛树脂彼此相连，形成致密的网络结构，最后得到了高密度高强度的铝/碳石墨复合机械密封材料。

具体实施方式

实施例一：