[发明专利]石墨密封材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201610571051.9 申请日: 2016-07-19
公开(公告)号: CN106350006B 公开(公告)日: 2017-07-04
发明(设计)人: 张继江;石建祥;臧金庞;赵伟刚;张长百 申请(专利权)人: 河北翔九石墨股份有限公司
主分类号: C09K3/10 分类号: C09K3/10
代理公司: 石家庄国为知识产权事务所13120 代理人: 夏素霞
地址: 054001 河北省*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 石墨 密封材料 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及密封材料技术领域,尤其是涉及涡轮泵用密封材料。

背景技术

随着航空航天工业的发展,对密封提出了越来越高的要求。密封材料的性能是决定密封可靠性的首要因素。密封材料的使用工况越来越苛刻,因此其技术要求相应提高。例如:液体燃料火箭发动机涡轮泵使用的密封材料,就需要满足如下要求:(1) 密封材料与低温介质接触时,不允许引起介质产生化学反应(如氧化、分解、爆炸等)以及材料本身变质;(2)低温下密封材料具有良好的自润滑性、耐磨性,以及高的机械强度。另外,涡轮泵的工作压力较高、转速高,且密封周围温度相差悬殊(最低处为-183℃,最高处为450℃), 因此要求密封材料具有极高的可靠性。

碳-石墨密封材料具有高导热率、低摩擦系数、低线膨胀系数、高耐热性、高耐热震性、良好的化学稳定性、易于精加工等优点,因此常被用作密封材料,尤其是动密封材料。但是,在涡轮泵中的低温介质由于滑动速度高,经一定时间高速摩擦后摩擦副界面温度仍足以使该密封材料中石墨化程度差的碳迅速而大面积氧化,并引起剧烈地磨损。石墨化程度高,材料在金属偶合面上形成石墨转移膜的能力较强,对降低石墨的磨损有利,但高的石墨化度使材料的力学性能降低,如何调整石墨化度和力学性能之间的关系是该密封件研制的难点之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供石墨密封材料及其制备方法,该密封材料具有结构均匀致密、质地坚硬、机械强度高的优点,同时还具有耐腐蚀性能、在强氧化条件耐磨、自润滑性能良好的优点,高压、高速工作环境下磨耗小、无渗漏,适用于四氧化二氮、肼类等液体燃料工作环境下的涡轮泵密封,且性能稳定。

为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:石墨密封材料,该密封材料的原料按质量份数包括以下组分:一阶段料粉4.8~6.6份、人造石墨粉0.4~2.0份,煤沥青2.7~3.2份;所述一阶段料粉为2.5~3.5份高耐磨炭黑与6.5~7.5份蒸馏煤焦油热混后经制得的一定粒度的料粉,其在320目通过率为88%~92%。

所述人造石墨粉按质量百分数满足其所含水份不大于0.5%、灰分不大于0.1%、挥发份不大于1.0%,同时所述人造石墨粉在320目通过率不小于98%;

所述高耐磨炭黑按质量百分数满足其所含水份不大于1.0%、灰分不大于0.3%、挥发份不大于3.0%,同时所述高耐磨炭黑的松装密度为300~400 g/L;

所述煤沥青按质量百分数满足其所含水份不大于5.0%,灰分不大于0.3%,挥发份为60~70%,同时所述煤沥青的结焦值为35~43%,软化点为75~90℃,甲苯不溶物不大于25%。

结焦值有时称残炭率,即定量的煤沥青试样在规定条件下加热焦化,沥青被焦化后留下残焦,残焦质量对试样质量之比的百分数。

如上所述的石墨密封材料的制备方法,包括以下步骤:

一、将一阶段料粉、人造石墨粉和煤沥青按原料配比热混,经轧片、磨粉后在模具中压制;

二、将所得压制产品焙烧,再浸渍煤沥青,然后再次焙烧、浸渍煤沥青,重复该步骤多次,最后一次不再浸渍煤沥青;

三、将最后一次焙烧后的产品进行石墨化;

四、对石墨化后的产品进行机加工,再将其浸渍酚醛树脂,并加热固化;

五、将固化后的产品依次重复步骤三、四,直至产品机加工完成,制得石墨密封材料成品。

具体地,所述步骤一中的热混方法为:将原料一阶段料粉、人造石墨粉加入混捏机进行热混,热混50~60分钟,温度达到120℃,再加入原料熔化的煤沥青,闭盖混合2小时,温度170~180℃卸料。

具体地,所述步骤一中,控制轧片厚度≤2mm;控制磨粉粒度在240目的通过率为65%~75%,且磨粉粒度大于70目≤1%;控制压制产品的体积密度为1.38~1.41 g/cm3

具体地,步骤二中压制产品焙烧过程控制条件如下:

控制明火温度在650~700℃,使压制产品自由升温,由室温升温至350℃;

之后使压制产品由350℃升温至500℃,期间控制压制产品温升速度为2.5~3℃/h,且控制升温过程中明火温度与压制产品的温差不大于350℃;

然后使压制产品由500℃升温至600℃,期间控制压制产品温升速度为3~5℃/h,且控制升温过程中明火温度与压制产品的温差不大于400℃;

最后使压制产品由600℃升温至850℃,期间控制压制产品温升速度为10~15℃/h,压制产品升温至850℃后,使压制产品恒温焙烧8小时。

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