[發明專利]一種水潤滑軸承用炭/炭復合材料制備方法

無效

• 申請號: 201310445322.2
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103449833A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 雷明凱;朱小鵬;李昱鵬;王桂芹;馬正彪
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域???

本發明涉及一種水潤滑軸承用炭/炭復合材料制備方法，屬于復合材料制備領域。?

技術背景???

水潤滑軸承代替傳統油潤滑軸承，具有節約大量油料和貴重金屬，簡化軸系結構，避免油泄漏污染環境，運行成本低，易維護保養等特點，已廣泛應用于核電、冶金、礦山、水力等極端和苛刻工況中，應用的機械設備如水泵、水輪機和船舶等。在水潤滑條件下，為保證安全可靠運行，軸承的滑動摩擦副必須建立完好起潤滑作用的水膜。然而，水是一種低粘度液體，在其它條件相同情況下，為傳遞同等的軸向推力，水膜厚度要比油膜厚度小得多，表明水潤滑推力軸承傳遞軸向推力的能力比較低，而且在低轉速和頻繁起停等邊界潤滑和干摩擦條件下，很有可能產生軸承和推力盤間的相互接觸摩擦，這就要求軸承材料必須具有自潤滑性。并且受系統運行環境的限制，軸承材料要求能夠具有較長的安全壽命。由于石墨材料具有自潤滑性能好、熱膨脹性小、導熱性好、耐高溫、耐輻射、抗熱震性好、化學性質穩定且無毒等優良性能，成為水潤滑軸承廣泛應用的材料。然而石墨軸承強度低，屬于薄弱、易損壞部件，石墨軸承磨損破壞常常引起停機檢修等故障的發生。

炭/炭復合材料是炭纖維增強炭基體復合材料，具有低密度、低熱膨脹系數、?高強度、抗熱沖擊性好、吸振性好、優異的摩擦磨損特性，好的可設計性，以及在2000℃下仍能保持室溫強度等優點，作為坩堝、保溫筒、密封環、剎車盤等得到大量應用。Metter等的美國發明專利《High?purity?composite?useful?as?furnace?components》（US5683281），提供了一種高純炭/炭復合材料的制備方法，通過對炭纖維增強體加熱提純，選用高純基體炭前驅體增密，控制增密工藝過程避免雜質污染，高溫石墨化并去除雜質，最后采用鹵素氣氛純化去除金屬雜質，獲得的高純炭/炭復合材料金屬雜質含量低于感應耦合等離子體光譜檢測的下限值，具有優異的物理、熱和機械性能，可替代石墨材料作為半導體晶體生長爐的隔熱罩和坩堝材料。廖寄喬等的中國發明專利《碳/碳復合材料保溫筒及制備方法》（CN102206852B），其特征是筒體為三明治結構，內層表面制備有致密的熱解炭涂層，其制備方法為保溫筒預制體制備，增密，機加工，加載催化劑，表面涂層；保溫筒綜合性能好，采用差異化的涂層技術，能保證熱場的純度，還可以直接替代單晶爐的保溫系統。Matsumoto等的美國發明專利《Reduced?Wear?Carbon?Brake?Material》（US6376431），采用硅聚合物（如聚碳硅烷、硅氮烷聚合物等）浸滲到多孔纖維預制體中，在1500?~?1600?℃惰性氣體保護下，使硅聚合物熱解為SiC，再通過化學氣相滲透增密，獲得少量SiC晶體均勻分散于內外表面的炭/炭復合材料，SiC晶體的加入降低了炭/炭復合材料的磨損，并且未影響摩擦系數，可用作剎車盤材料。李紅等的中國發明專利《一種軸承用碳/碳復合材料的制備方法》（CN101805200B），采用以丙烯為碳源氣體的化學氣相滲透和以呋喃樹脂為浸漬劑的液相樹脂浸漬復合致密化工藝，制備的碳/碳復合材料組分包括炭纖維、熱解炭和樹脂炭。通過控制熱解溫度、熱解時間、氣體流量和高溫處理溫度來控制熱解炭的含量和形態，制得的碳/碳復合材料具有低摩擦系數、熱穩定性能優異、高強度等優點，干摩擦條件下與AISI3151鋼對磨，摩擦系數為0.008-0.019，適用于軸承材料。然而國內外還未有炭/炭復合材料用于水潤滑軸承方面的應用報道。

適用于水潤滑條件下的軸承材料不僅要有高的力學強度，且需要良好的水潤滑摩擦磨損性能。炭/炭復合材料由炭纖維增強體和基體炭兩部分組成，石墨化度是炭/炭復合材料的最重要結構參數之一，與炭/炭復合材料的性能密切相關。按致密化工藝方法的不同，基體炭可以是瀝青炭、樹脂炭或熱解炭。以樹脂浸漬/炭化法為致密化方法制備的炭/炭復合材料，基體炭為樹脂炭，屬于玻璃炭，石墨化度低。采用瀝青浸漬/炭化法為致密化方法制備的炭/炭復合材料，基體炭為瀝青炭，石墨化度高。采用化學氣相滲透致密化方法制備的炭/炭復合材料，基體炭為熱解炭，石墨化度高，其結構一般被分為三種類型：粗糙層結構、光滑層結構及各向同性結構，各種結構的石墨化能力依次降低。炭/炭復合材料中的石墨微晶具有優異的自潤滑性能，在水潤滑條件下，石墨微晶充分吸附水分子，增大石墨微晶間的間距，降低微晶層面之間的相互作用，增加微晶層面的滑移能力及鋪排能力，從而提高炭/炭復合材料的水潤滑能力和耐磨損能力。