[发明专利]机械密封用层状结构陶瓷环的制备方法

说明书

本发明公开了一种机械密封用层状结构陶瓷环的制备方法，主要采用增材制造的方法，以流延法制成的陶瓷纸带为单元，利用辊压方法制得叠层复合环坯体，再经过等静压提高叠层复合环坯体的致密度，最后经过高温烧结获得陶瓷基层状结构复合材料环。这种陶瓷基层状结构复合材料环，其韧性要明显优于普通块状陶瓷，当其受到力学冲击时，这种陶瓷基层状结构复合材料环由于相组成的差异产生的界面能吸收能量，防止裂纹的扩展；并且由于增韧层采用多孔陶瓷、加石墨陶瓷、石墨、BN等，能极大提高材料的摩擦性能。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基层状结构复合材料环的制备方法，属于陶瓷制备技术领域，具体来说是采用增材制造方法制备陶瓷基层状结构复合材料环的工艺。

背景技术

陶瓷材料具有高硬度、高强度、高耐磨性、低热膨胀系数以及优异的化学稳定性，使其广泛应用于装甲防护、石油化工、钢铁冶金、机械电子、航空航天等工业领域。但是陶瓷材料的脆性成为了其致命的一个缺点，使其在冲击过程极易发生碎裂，造成材料的失效。

机械密封技术的水平与密封材料有着密切的联系。随着材料科学的迅速发展，品种日益增多，促进了机械密封技术水平的不断提高。同时，随着工业及技术的发展，一方面高温、高速、低温、高压要求保证密封性能和长久可靠的使用寿命；另一方面易燃易爆有毒强腐蚀介质等极端工况要求机械密封摩擦副选用陶瓷材料。因此提高陶瓷材料的可靠性已经成为材料研究的热点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种陶瓷基层状结构复合材料环的制备方法，能够得到弱界面结合陶瓷基层状结构复合材料或强界面结合陶瓷基层状结构复合材料，在提高陶瓷材料韧性的前提下，提高摩擦性能，满足机械密封环的力学性能要求。

主要采用增材制造的方法，以流延法制成的陶瓷纸带为单元，利用辊压方法制得叠层复合环坯体，再经过等静压提高叠层复合环坯体的致密度，最后经过高温烧结获得陶瓷基层状结构复合材料环。这种陶瓷基层状结构复合材料环，其韧性要明显优于普通块状陶瓷，当其受到力学冲击时，这种陶瓷基层状结构复合材料环由于相组成的差异产生的界面能吸收能量，防止裂纹的扩展；并且由于增韧层采用多孔陶瓷、加石墨陶瓷、石墨、BN等，能极大提高材料的摩擦性能。

本发明的技术方案是提供一种机械密封用层状结构陶瓷环的制备方法，即将所需结构层制备的成一定厚度的陶瓷纸带，根据陶瓷基层状结构复合材料环的设计，可以是两种或两种以上陶瓷纸带，通过辊压方法制成叠层环形体，步骤包括：

(1)基体层原料包括如下重量百分比组分：基体材料粉料10～98wt％、烧结助剂2～15wt％、溶剂20～50wt％、分散剂0.1～10wt％、粘结剂0.1～20wt％、增塑剂0.1～15％、消泡剂0.01～8％；将上述基体层原料混合均匀并球磨1～120h，然后将球磨后的浆料在真空除泡机中进行真空除泡10～180min制备成基体陶瓷浆料；其中基体材料为碳化硅、碳化硼、氮化硅、氧化铝、氧化锆中至少一种；

(2)界面层原料包括如下重量百分比组分：界面材料粉体10～98wt％、烧结助剂2～15wt％、溶剂20～50wt％、分散剂0.1～10wt％、粘结剂0.1～20wt％、增塑剂0.1～15％、消泡剂0.01～8％；将上述界面层原料混合均匀并球磨1～120h，然后将球磨后的浆料在真空除泡机中进行真空除泡10～180min制备成界面陶瓷浆料；其中界面材料为碳化硅、碳化硼、氮化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼、石墨、钨、碳化钛中至少一种；

(3)在流延机上将步骤(1)制得的浆料，流延成需要的基体层坯体纸带，其厚度为0.005～1mm，其宽度为10～800mm；步骤(2)制得的浆料采用同样方法制成界面层坯体纸带；

(4)将步骤(3)制得的基体层坯体纸带和界面层坯体纸带进行叠层辊压，叠层压力为1～30MPa，基体层与界面层直接粘合成环形坯体；

(5)将环形坯体软封密闭，进行等静压致密，等静压压力是30～200MPa；