[发明专利]具有球形微孔的碳化硅密封环及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种碳化硅陶瓷的制备方法，特别是一种具有球形微孔的碳化硅密封环及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷密封环，由于其硬度高、耐磨性好、耐高温、耐化学腐蚀等优良性能，常被广泛用于恶劣工作条件的密封件，尤其是作为硬对硬的摩擦密封时，密封端面的微孔作为润滑液存储腔，可阻止两密封工作面的粘合，大大降低两密封工作面的摩擦系数，延长密封件的使用寿命。

中国专利曾公开了一种名为“其滑动面或密封面具有最佳摩擦性能的碳化硅烧结体”，公开号为CN170104049A，该专利申请公开的是一种孔隙率为2-12%的碳化硅烧结体，其中的多孔结构由均匀分布的烧结体材料中的非连接的封闭微孔构成，所述微孔是球形的且具有10μm至48μm的公称直径。

中国专利曾公开了名为“水基喷雾造粒工艺生产含微孔的无压烧结碳化硅制品”，公开号为CN101734919，该无压烧结碳化硅制品的微孔是球形，且具有50μm-80μm的公称直径，可作为滑环和密封环。

但目前碳化硅陶瓷密封装置存在的主要问题是密封环表面的球形微孔分布不均匀，使碳化硅陶瓷密封装置的动、静环的接触面之间润滑介质分布不均匀，极易产生吸合现象，启动机器的时候由于吸合力很大，容易使密封件产生磨损甚至断裂从而影响产品的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种球形微孔分布均匀，且可根据碳化硅陶瓷密封密封环所使用的润滑介质控制球形微孔分的大小的具有球形微孔的碳化硅密封环及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种具有球形微孔的碳化硅密封环，其重量百分比组成为：

亚微米级α型碳化硅70-80%、碳化硼0.1-5%、纳米碳黑10-20%、有机物粘结剂5-18%、具有规则球形的有机物造孔剂1-5%。

上述碳化硅密封环的内部孔结构为密闭非连续的规则球形，孔径15μm-105μm，孔隙率3.5-10%，密度2.80-3.05g/cm³，抗弯强度260-350MPa。

上述亚微米级α型碳化硅的粒径为0.50-0.70微米，纯度大于99%；上述碳化硼的粒径为0.5-2.0微米，纯度大于90%；上述纳米碳黑的粒径60-100纳米，纯度大于95%。

上述有机粘结剂可以是聚乙烯醇、糊精、羧甲基纤维素中的一种或任一比例的混合。

上述有机物造孔剂为粒径在10-120μm 的PE或PVP或淀粉。

一种具有球形微孔的碳化硅密封环的制备方法，该方法包括以下步骤：

1）原料的混合：按重量百分比将70-80%的亚微米级α型碳化硅、0.1-5%的碳化硼、10-20%的纳米碳黑、5-18%的有机物粘结剂、1-20%的具有规则球形的造孔剂，放入混料机中加入纯水进行湿法混合6-48小时后，将混合好的料浆过60-240目筛；

2）喷雾干燥：将过筛后的料浆通过喷雾干燥塔进行喷雾干燥，喷雾干燥塔的进口温度180-260℃，出口温度60-120℃，造粒后的物料过60-120目筛；造粒后的物料松装密度为0.80-0.95g/cm³，流动性为8-12s/30g；

3）模压成型：根据所需制品形状选取模具，将上述造粒后的物料装入模具型腔内，在50-200MPa压力进行模压预成型后，再以60-300MPa压力进行等静压，将压制好的生坯，放入烘箱在150℃左右干燥固化2-6小时； 

4）真空烧结：将上述步骤干燥固化的生坯，放入加热炉内，升温至400℃，保温20—60分钟进行预烧结，预烧结后的生坯冷却至室温后放入真空烧结炉内，在氩气气氛下升温至2000-2300℃进行真空烧结后，得到具有球形密闭微孔结构的烧结体；

5）加工：将上述真空烧结后的毛坯按图纸要求，经加工后得具有球形微孔的碳化硅密封环。

上述亚微米级α型碳化硅的粒径为0.50-0.70微米，纯度大于99%；上述碳化硼的粒径为0.5-2.0微米，纯度大于90%；上述纳米碳黑的粒径60-100纳米，纯度大于95%。

上述有机粘结剂可以是聚乙烯醇、糊精、羧甲基纤维素中的一种或任一比例的混合；上述有机物造孔剂为粒径在10-120μm 的PE或PVP或淀粉。

上述具有球形孔的碳化硅陶瓷密封环成品的内部孔结构为密闭非连续规则球形，孔径15μm-105μm，孔隙率3%-10%，密度2.90-3.05g/cm³，抗弯强度260-350MPa。