[發明專利]一種碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環及其制備方法

有效

• 申請號: 201210191535.2
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102731094A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 鄭佑俊
• 申請（專利權）人: 上海德寶密封件有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

技術領域

本發明涉及一種碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環及其制備方法，所制備的密封磨環可用于高溫、高壓、高轉速、強腐蝕等各種轉速、壓力、介質的動密封裝置中，屬于機械密封技術領域。

背景技術

機械密封磨環是一種廣泛應用于機械密封裝置中的動密封關鍵零件，直接關系到密封使用的可靠性、范圍和壽命。其配置的機械密封大量用于航天、石油、化工、機械、食品、制藥、汽車等各領域。早期的機械密封中硬質密封磨環，采用的硬質材料由鋼材、氧化鋁、金屬陶瓷、硬質合金等組成，用這些硬質材料制作的密封磨環使用壽命短、可靠性差，而且使用局限，不能在某些腐蝕介質及高參數條件下使用。

之后又發展出反應燒結碳化硅陶瓷密封磨環，這種密封磨環是由不同粒徑的碳化硅粉、石墨和添加劑配料組合而成，經過壓制、預燒、車加工、終燒、磨加工、研磨等工序加工而成，燒結溫度為1600℃，燒結時通過金屬硅片溶融后滲入與坯體中碳反應生成新的碳化硅把坯體中碳化硅結合起來。它的密封性能較之鋼材、氧化鋁、金屬陶瓷、硬質合金等材料有較大提高，但它的主要缺點是：一次性使用的滲硅不僅占用了爐子的有效空間，減少了產量，而且增加了工業廢渣，影響環保；而且碳化硅游離硅含量高，不耐腐蝕，如果融合在食品、藥品里面會影響食品安全；其綜合機械物理指標較低，不能應用于高溫、高壓、強腐蝕的工況和某些介質的動密封，也不適用于食品藥品行業。之后又發展出無壓燒結碳化硅，它的特點是純度高，性能大大優于反應燒結碳化硅，廣泛地應用于各種要求更高的工況機泵中，雖然滿足了大部分要求，但對高溫、高壓、強腐蝕工況和介質更高要求工況，以上二種碳化硅陶瓷密封環又不能適應，尤其是其脆性與抗熱沖擊性更不適應。

發明內容

本發明提供了一種具有較高的斷裂韌性和彎曲強度且可應用于高溫、高壓、強腐蝕工況和介質的碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環及其制備方法。

為實現以上目的，本發明提供了一種碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環，其特征在于，其原料包括：亞微米碳化硅85.0～95.0重量份，水溶性粘結劑1.0～20.0重量份，分散劑0.1～5.0重量份，納米碳管0.5～10.0重量份，以及納米碳化硼0.5～9.0重量份、納米硼化鈦0.5～10.0重量份、納米碳化鈦0.5～10.0重量份、納米氧化鋁4.0～10.0重量份和納米氧化釔4.0～10.0重量份中的至少一種，所述的分散劑為重量比為5～15∶1的乙醇和四甲基氫氧化氨的混合物。

優選地，所述的亞微米碳化硅的平均粒徑(D₅₀)為400～600納米，純度為99.5wt％以上。

優選地，所述的納米碳化硼、納米碳管、納米硼化鈦、納米碳化鈦、納米氧化鋁和納米氧化釔的平均粒徑為200納米以下，純度為99.5wt％以上。

優選地，所述的水溶性粘結劑為水溶性酚醛樹脂、PVA、PEG和糊精中一種或幾種，其純度為95.0wt％以上。

本發明還提供了上述碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環的制備方法，包括將各原料分散成漿料，噴霧造粒，干壓或等靜壓成型，再進行氣氛燒結制成碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環，其特征在于，所述的將各原料分散成漿料的具體步驟為將除分散劑外的各原料按比例混合，添加去離子水，加入分散劑，均勻分散制備成濃度為40～55wt％的漿料。

優選地，所述的均勻分散是在超聲波分散和強力攪拌的至少一種作用下進行。

優選地，所述的碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環的外徑為4mm-500mm。

所述的噴霧造粒、干壓或等靜壓、氣氛燒結等工藝過程是參照公知的無壓燒結碳化硅的常規制備方法；主要控制噴霧造粒時的進出口溫度、漿料的壓力或離心機轉速，以獲得合適的的水含量及顆粒大小的造粒粉，通過干壓或等靜壓成型壓力調整以控制素坯密度，通過氣氛燒結升溫、保溫控制燒結密度。

納米碳管是近十年新發現的新材料，它具有獨特結構，直徑方向達到幾個納米到十幾納米，而長度方向可以達到幾百到上千納米，因此，它除了保持碳原有的耐磨、具有自潤滑性外，還象碳纖維一樣具有高強度、高彈性模量和導電性等特殊性能。根據納米復合增韌原理，在碳化硅基體中加入納米碳管或者再加入其它納米粒子，使他們分布在晶界、晶內中，產生橋聯或提高晶界應力，從而使基體的強度與韌性，同時又提高自潤滑性。本發明根據納米碳管復合增強、增韌的原理，實現在碳化硅-納米碳管復合增韌密封磨環的制備與應用上。

與現有技術相比，本發明的優點是：