[發明專利]一種抗脆裂的碳化硅材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110761647.6
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113735588B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 趙燁堅
• 申請（專利權）人: 浙江天鷹機械密封件股份有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/626;C04B38/08
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 付欽偉

本發明公開了一種抗脆裂的碳化硅材料的制備方法，通過將碳粉、多孔碳、氮化硼等材料混合、模壓后燒結成型、后續加工制得成品，解決了現有技術中碳化硅韌性差、易脆斷的缺陷。

技術領域

本發明涉及機械密封件技術領域，具體為機械密封件中的耐摩擦材料領 域。

背景技術

機械密封件屬于精密、結構較為復雜的機械基礎元件之一，是各種泵 類、反應合成釜、透平壓縮機、潛水電機等設備的關鍵部件。機械密封設計 選型是否合理，很大程度上取決于摩擦副材料的選配，由于摩擦副材料選配 不當而造成密封失效的事故也是屢見不鮮，而摩擦副材料的耐磨性能和使用 壽命取決于密封介質的特性、使用時的溫度、壓力和密封端面線速度等因 素。對于摩擦副材料來說，總體要求是耐磨、耐熱、耐腐蝕、抗沖擊和抗熱 裂等。

碳化硅作為一種新型硬質摩擦副材料，是典型的共價鍵化合物。然而， 強共價鍵也使得碳化硅陶瓷表現出顯著的脆性，其斷裂韌性很低，對缺陷和 裂紋非常敏感，并且盡管碳化硅陶瓷可以承受單次很大的沖擊力，但受沖擊 即碎，二次抗沖擊性能很差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機械密封件的摩擦副材料的制備方法，解決 了背景技術中所提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種抗脆裂的碳化硅材料 的制備方法，包括以下步驟

(1)按質量比，配取100份的納米碳粉，15份-30份多孔碳材料，15 份-25份的氮化硼，40份-60份的膠粘劑；上述材料混合均勻后備用。

(2)在模具中，按照上述納米碳粉用量的1.8-2.3倍稱取硅顆粒，按照 一層硅顆粒、一層混合材料的方式平鋪若干層，壓制得坯體；在坯體最上方 再鋪一層硅顆粒。

(3)將上述坯體置于高溫真空爐中加熱至1400℃后，按15℃/min的升 溫速率升溫至1700℃至1800℃并保溫3h，制得半成品。

(4)半成品經加工打磨制得成品。

進一步地，所述多孔碳材料的制備方法如下：

按體積比，將30份聚丙烯腈分散于100份的DMF溶液中，加熱至 60℃攪拌3小時后，加入60℃的硼酸20份，繼續攪拌1.5小時；隨后在紡 絲電壓18kV、紡絲液流速1.0mL/h、溫度40℃、接收距離20cm的條件下將 其靜電紡絲制得聚丙烯腈纖維，在100℃的溫度下干燥1h，隨后在保護氣體 氛圍下，加熱至450℃保溫2小時，繼續加熱至600℃保溫1小時后，用稀 鹽酸沖洗制得多孔碳材料。

進一步地，所述氮化硼經過如下處理：

六方氮化硼與濃硫酸共混后加熱至170℃攪拌30-50小時，隨后在室溫 環境下烘干制得硫酸插層氮化硼；在坩堝中加入適量的飽和氨水，將上述硫 酸插層氮化硼置于其中，室溫下攪拌3小時后，制得單層帶硫酸銨晶體的氮 化硼材料。

進一步地，所述氮化硼經過如下處理：

六方氮化硼與濃硫酸共混后加熱至170℃攪拌30-50小時，隨后在室溫 環境下烘干制得硫酸插層氮化硼；在坩堝中加入適量的無水乙醇，將上述硫 酸插層氮化硼置于其中，加熱至100-120℃反應3-4小時，制得擴大層間距 的氮化硼材料。

進一步地，所述的擴大層間距的氮化硼材料與石墨烯共混后，在保護氣 體氛圍下800-1100℃下共同燒結，制得石墨烯插層氮化硼材料。

進一步地，所述單層帶硫酸銨晶體的氮化硼材料和擴大層間距的氮化硼 材料，以DMF為溶劑，同異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)共混制得IPDI接枝 氮化硼；四氧化三鐵(Fe₃O₄)經硅烷偶聯劑包覆后，同前述IPDI接枝氮化 硼共混制得BN@Fe₃O₄。