[发明专利]一种碳化硅陶瓷密封材料的制备方法

说明书

本发明属于密封材料制备技术领域，具体涉及一种碳化硅陶瓷密封材料的制备方法。本发明以稻壳灰为原料，添加棕榈蜡、果皮得到发酵滤渣，将发酵滤渣与金刚石颗粒混合得到刚性粉料，放入马弗炉中焙烧得到自润滑碳化硅微粉，将自润滑碳化硅微粉与镁光石粉、白刚玉、核桃壳粉等添加剂混合得到待烧结料，最后将待烧结料放入石墨模具中得到碳化硅陶瓷密封材料，将含氮的复合粉料与含硼陶瓷结合剂混合后热压烧结会形成六方氮化硼晶体，提高密封材料的耐磨性能和自润滑性能，含稻壳灰的发酵滤渣在金刚石表面还原碳化，促进密封材料致密化，再淋上聚四氟乙烯膜，在密封材料表面形成防渗的润滑保护层，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于密封材料制备技术领域，具体涉及一种碳化硅陶瓷密封材料的制备方法。

背景技术

在工业生产和日常生活中，密封具有重要的意义。先进的密封手段不但能提高设备的运转周期、降低消耗、节约能源、减少污染，而且是安全生产的重要保证。密封材料的性能是决定密封可靠性的首要因素。密封材料就是指能承受接缝位移以达到气密、水密目的，而嵌入装置、建筑等接缝中的材料。密封材料几乎涉及到所有的工业和民用领域，在国防、化工、煤炭、石油、冶金、交通运输、机械制造工业以及航空航天等方面的有着重要的作用。

碳化硅陶瓷是一种典型的共价键结合的陶瓷材料，具有高硬度、高耐磨性、摩擦系数低、抗氧化性强、热稳定性好、热膨胀系数低、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，可用于各种要求耐磨、耐蚀和耐高温的机械设备。在机械、化工、能源、军工等高技术领域得到了大量的应用。

目前碳化硅陶瓷作为新一代密封材料已经得到了广泛的应用，但是碳化硅陶瓷不具有自动润滑的功能，在干摩擦状态下，会由于摩擦系数很大而容易失效，导致事故的发生。在一定程度上降低了其可靠性，限制了其在特殊工况领域的应用。虽然已有在碳化硅陶瓷中加入镍、钛或石墨等元素来提高碳化硅陶瓷的干摩擦性能，但仍然存在以下问题：

（1）由于金属、石墨与碳化硅的比重差异较大，分散机制也不尽相同，采用常规的机械球磨混合的方式很难获得成分均匀的复合粉体，导致陶瓷烧结不致密，并影响最终的力学性能、摩擦性能和高磨损率；

（2）石墨及金属元素相对于碳化硅来说是弱相后，含金属或石墨碳化硅陶瓷的强度、断裂韧性都会有所降低。

因此，有必要开发一种低摩擦系数和磨损率的碳化硅陶瓷密封材料，以提高碳化硅机械密封材料的自润滑性能，同时确保碳化硅陶瓷的抗弯强度、断裂韧性不能明显降低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对碳化硅陶瓷作为机械密封材料在自润滑性能较差，在干摩擦状态下，会由于摩擦系数很大而容易失效，磨损率也随之提高的缺陷，提供了一种碳化硅陶瓷密封材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

碳化硅陶瓷密封材料的具体制备步骤为：

（1）将自润滑碳化硅微粉、陶瓷结合剂粉末、200～300目的镁矿粉、白刚玉、无水乙醇、核桃壳粉、β-环糊精放入球磨机中球磨30～40min，得到磨浆，喷雾干燥后得到待烧结粉料；

（2）将待烧结粉料放入石墨模具中，将石墨模具放入热压烧结机中，热压烧结2～3h，脱模得到密封材料毛坯，将密封材料毛坯用预热的聚四氟乙烯淋膜处理，自然冷却至室温后形成厚度为400～450μm的润滑保护层，得到碳化硅陶瓷密封材料；

陶瓷结合剂粉末具体制备步骤为：

（1）将二氧化硅、氧化铝、碳酸钙、氧化锆、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铝、硼酸倒入刚玉球磨坛中，并加入直径为30～50mm的刚玉球，设定球磨坛自转速度为80～100r/min，球磨时间为30～35min，得到球磨浆料；