[發(fā)明專利]一種提升石墨材料摩擦性能的方法及制備工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110463041.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN113402299A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙軍;劉登宇;李雙喜;何永勇;劉益江;陳瀟竹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué);清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B41/85
• 分類號(hào): C04B41/85
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種能夠提升石墨材料摩擦磨損性能的方法，尤其是高溫摩擦磨損性能，通過(guò)廉價(jià)的去離子水或酒精溶液作為分散液將硼酸浸漬劑充分浸漬到石墨材料的孔隙中，提升石墨材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗沖擊性能，極大地提升摩擦學(xué)性能。本專利浸漬工藝浸漬過(guò)程經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，可在常溫常壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備的要求低，多次浸漬效果更佳。一次浸漬石墨相比于未浸漬石墨磨痕寬度降低6.5％，摩擦系數(shù)降低13.5％；三次浸漬石墨相比于工業(yè)浸漬樹脂石墨M106K磨痕寬度降低36.8％，摩擦系數(shù)降低41.6％；三次浸漬石墨相比于工業(yè)浸漬銻石墨M106D磨痕寬度略微升高，但摩擦系數(shù)降低32.3％。本專利所提供方法相較于傳統(tǒng)浸漬工藝更經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，且摩擦性能可靠，可應(yīng)用于航天、化工、船舶等領(lǐng)域中的機(jī)械密封。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提升石墨材料摩擦性能的方法及其 制備方法。

背景技術(shù)

石墨由于其片層密堆的空間結(jié)構(gòu)，具有密度低、耐高溫、自潤(rùn)滑、耐腐蝕等 性能，故用作機(jī)械密封中密封環(huán)材料。機(jī)械密封為旋轉(zhuǎn)端面密封，廣泛應(yīng)用于泵、 壓縮機(jī)、釜等各類旋轉(zhuǎn)設(shè)備中。其密封端面在起密封作用的同時(shí)存在相對(duì)摩擦， 且由于使用場(chǎng)合的不同，密封端面的摩擦工況也復(fù)雜多變，比如高溫和高負(fù)載工 況。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸類設(shè)備的機(jī)械密封密封環(huán)的摩擦非常頻繁，端面密封材料的摩 擦性能對(duì)設(shè)備的能耗和機(jī)械密封的使用壽命影響顯著。

機(jī)械密封等場(chǎng)合下所用石墨一般為人造石墨，人造石墨由于其制造工藝的原 因石墨結(jié)構(gòu)上會(huì)產(chǎn)生孔隙，強(qiáng)度上存在缺陷，且高溫下(1000℃以上)石墨易 氧化，工業(yè)上采用浸漬的方法提高石墨的力學(xué)性能、摩擦性能和耐溫性等性能。 中國(guó)專利CN102775991A《一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸漬型抗氧化 液及其應(yīng)用方法》公布了一種浸漬型提高石墨的高溫下抗氧化性的抗氧化液，在 提高石墨抗氧化性的同時(shí)，解決了在浸漬抗氧化液時(shí)易產(chǎn)生沉淀影響浸漬效果的 問(wèn)題，但沒(méi)有對(duì)浸漬后是否能提高石墨材料的摩擦性能進(jìn)行具體的研究。

浸漬石墨的摩擦性能、力學(xué)性能等性能與浸漬劑本身的材料屬性有較大的關(guān) 系，目前常用的浸漬石墨M106K和M106D所用的浸漬劑為呋喃樹脂和金屬銻， 雖然大大提升了石墨的力學(xué)性能、摩擦性能，但當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)其摩擦性能大 幅下降，摩擦系數(shù)增加，甚至高溫時(shí)浸漬呋喃樹脂石墨的摩擦性能劣于未處理的 石墨。在浸漬工藝方面?zhèn)鹘y(tǒng)浸漬工藝由于浸漬材料(呋喃樹脂和金屬銻)的影響， 需要在加壓且高溫環(huán)境下進(jìn)行浸漬工藝來(lái)保證浸漬效果，對(duì)浸漬設(shè)備要求較高通 常為高壓罐且需要配備加熱系統(tǒng)，浸漬設(shè)備復(fù)雜，且浸漬周期較長(zhǎng)。浸漬劑原料 及其配比對(duì)于浸漬石墨的工作性能起著關(guān)鍵性的作用，新型高效浸漬劑和常溫常 壓浸漬環(huán)境是浸漬石墨發(fā)展的一個(gè)重大方向。

本發(fā)明提供的新型浸漬劑可以提高石墨材料摩擦學(xué)性能，拓展石墨材料的應(yīng) 用范圍，在節(jié)約能源提高設(shè)備使用壽命方面具有重大的實(shí)用意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有石墨浸漬工藝復(fù)雜和在高溫環(huán)境下摩擦性能差的 不足，提供一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的提升石墨材料在高溫下摩擦性能的制備方法。

本發(fā)明提供的制備一種提升石墨材料在高溫下摩擦性能的制備方法，其具體方法如下：

一種提升石墨材料高溫摩擦性能的方法及其制備，其特征在于，包括如下步 驟：

(1)浸漬液的制備。將硼酸溶于蒸餾水或無(wú)水乙醇等溶劑中，配置成硼酸 高濃度溶液用作浸漬液；

(2)石墨片的預(yù)處理。清洗石墨片的表面，并將石墨片置于保溫箱內(nèi)烘干， 烘干溫度范圍為70～100℃，干燥時(shí)間為2～5小時(shí)；

(3)石墨片的浸漬：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的石墨片置于浸漬釜內(nèi)，后將硼酸高濃 度浸漬液倒入浸漬釜中，使石墨片被完全浸沒(méi)，充分?jǐn)嚢韬箪o置，保持石墨片之 間的距離在5毫米以上，浸漬充足時(shí)間；

(4)蒸發(fā)浸漬液。常壓或者0.5MPa壓力以下，常溫或者低溫，保溫2～20 小時(shí)，待浸漬釜中無(wú)明顯液體后，取出浸漬石墨片，清理表面；