[发明专利]一种常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种制备自润滑碳化硅密封材料的方法，具体涉及一种常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法。

【背景技术】

已知的，碳化硅陶瓷具有密度小、硬度高、比强度高、耐磨损、耐高温等优点，在高速高压旋转密封中具有明显优势，此外，碳化硅还具有摩擦系数小、耐腐蚀、导热性能良好、耐热冲击等性能，是机械密封硬环的最理想材料。由于碳化硅材料具有机械密封所要求的良好性能，因此可应用于高压、高转速、高温、腐蚀性介质工况下。自20世纪80年代以来，国内外各大机械密封公司纷纷把碳化硅作为高PV值的新一代摩擦副组对材料。

但是纯碳化硅密封环自润滑性能差，在硬对硬密封摩擦时，由于密封端面高的加工精度，以及高压的工况条件，容易产生两端工作面粘合，从而造成两端面在工作状态下，摩擦系数增大，导致密封提前失效。因此，在保证碳化硅密封环高强度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀性能的前提下，如何降低摩擦系数，提高材料的自润滑性能，成为提高碳化硅密封环的使用寿命的关键。

为了克服上述技术问题，目前制备自润滑碳化硅密封材料的方法存在烧结温度较高、加入润滑相后力学性能显著下降的问题。

其中中国专利、公开号为CN103641482A、公开日为2014年03月19日的自润滑碳化硅陶瓷密封材料的制备方法，其采用烧结助剂为碳化硼，采用润滑剂为二硫化钨、立方氮化硼、碳石墨，制备的自润滑碳化硅密度2.85～3.06g/cm³，抗弯强度210-400MPa。该方法为固相烧结，烧结温度较高（2000～2300℃），为了获得致密化的烧结碳化硅，保温时间长（800～烧结温度，6～9小时；烧结温度，1～２小时），因此，工艺条件相对苛刻，不利于工业化生产；

中国专利、公开号为CN101255330、公开日为2008年09月03日的常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环及其制造方法，其提出了一种加入碳石墨和聚乙烯，分别产生游离石墨和微孔隙来实现自润滑性能，微孔隙作为流体介质的储槽起到了分流润滑的作用，但同时使材料的力学性能有所下降（抗压强度＞1700MPa，抗弯强度＞140MPa），致密度下降（密度2.6～2.9g/cm³），该方法同样存在烧结温度较高（2000～2280℃），保温时间较长（1200～烧结温度，5小时；烧结温度，0.5～4小时），因此，能耗较高。

上述方法存在烧结温度较高、保温时间较长的问题，且由于润滑相的加入，使材料密度、力学性能有不同程度的下降等。

【发明内容】

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法，本发明通过成分设计，选择合适的烧结助剂和添加剂，采用液相烧结，使烧结温度降低，从而使能耗大大降低。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法，具体包括如下步骤：

一、成分设计：

首先用5～10wt%的YAG作为烧结助剂，1～5wt%的碳石墨作为润滑剂，1～10wt%的分散剂，1～10wt%的粘结剂，余量为亚微米级的α型碳化硅为主要原料；

二、混料：

接上步，将碳化硅原料加入烧结助剂预混后进行干法球磨20～50小时，然后加入一定量的纯水和分散剂、粘结剂预混后进行湿法球磨1～3小时获得所需料浆；

三、喷雾造粒：

将上述球磨后的料浆进行喷雾造粒，所用隔膜泵的压力为1.5～2MPa,进口热风温度为160～200℃，出口温度80～120℃获得所需粉料；

四、成型：

将上述喷雾造粒后的粉料在模具内加压15～100MPa成型，在烘箱中150～200℃保温1～2小时获得所需坯体；

五、烧结：

将上述压制成型好的坯体放入真空炉中烧结，采用氩气保护，以10～50℃/min的速度升温至1900℃，保温1～2小时，然后随炉冷却至室温即可。

所述的常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法，所述第一步中的α型碳化硅粒径分布为0.5～0.8μm，纯度大于98%。

所述的常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法，所述第一步中的YAG粒径分布为1～2μm，纯度大于95%。

所述的常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法，所述第一步中的碳石墨粒径分布为5～10μm，纯度大于90%。

所述的常压烧结制备自润滑碳化硅密封材料的方法，所述第一步中的分散剂为F-1 型分散剂。