[发明专利]一种抗脆裂的碳化硅材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种抗脆裂的碳化硅材料的制备方法，通过将碳粉、多孔碳、氮化硼等材料混合、模压后烧结成型、后续加工制得成品，解决了现有技术中碳化硅韧性差、易脆断的缺陷。

技术领域

本发明涉及机械密封件技术领域，具体为机械密封件中的耐摩擦材料领 域。

背景技术

机械密封件属于精密、结构较为复杂的机械基础元件之一，是各种泵 类、反应合成釜、透平压缩机、潜水电机等设备的关键部件。机械密封设计 选型是否合理，很大程度上取决于摩擦副材料的选配，由于摩擦副材料选配 不当而造成密封失效的事故也是屡见不鲜，而摩擦副材料的耐磨性能和使用 寿命取决于密封介质的特性、使用时的温度、压力和密封端面线速度等因 素。对于摩擦副材料来说，总体要求是耐磨、耐热、耐腐蚀、抗冲击和抗热 裂等。

碳化硅作为一种新型硬质摩擦副材料，是典型的共价键化合物。然而， 强共价键也使得碳化硅陶瓷表现出显著的脆性，其断裂韧性很低，对缺陷和 裂纹非常敏感，并且尽管碳化硅陶瓷可以承受单次很大的冲击力，但受冲击 即碎，二次抗冲击性能很差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械密封件的摩擦副材料的制备方法，解决 了背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗脆裂的碳化硅材料 的制备方法，包括以下步骤

(1)按质量比，配取100份的纳米碳粉，15份-30份多孔碳材料，15 份-25份的氮化硼，40份-60份的胶粘剂；上述材料混合均匀后备用。

(2)在模具中，按照上述纳米碳粉用量的1.8-2.3倍称取硅颗粒，按照 一层硅颗粒、一层混合材料的方式平铺若干层，压制得坯体；在坯体最上方 再铺一层硅颗粒。

(3)将上述坯体置于高温真空炉中加热至1400℃后，按15℃/min的升 温速率升温至1700℃至1800℃并保温3h，制得半成品。

(4)半成品经加工打磨制得成品。

进一步地，所述多孔碳材料的制备方法如下：

按体积比，将30份聚丙烯腈分散于100份的DMF溶液中，加热至 60℃搅拌3小时后，加入60℃的硼酸20份，继续搅拌1.5小时；随后在纺 丝电压18kV、纺丝液流速1.0mL/h、温度40℃、接收距离20cm的条件下将 其静电纺丝制得聚丙烯腈纤维，在100℃的温度下干燥1h，随后在保护气体 氛围下，加热至450℃保温2小时，继续加热至600℃保温1小时后，用稀 盐酸冲洗制得多孔碳材料。

进一步地，所述氮化硼经过如下处理：

六方氮化硼与浓硫酸共混后加热至170℃搅拌30-50小时，随后在室温 环境下烘干制得硫酸插层氮化硼；在坩埚中加入适量的饱和氨水，将上述硫 酸插层氮化硼置于其中，室温下搅拌3小时后，制得单层带硫酸铵晶体的氮 化硼材料。

进一步地，所述氮化硼经过如下处理：

六方氮化硼与浓硫酸共混后加热至170℃搅拌30-50小时，随后在室温 环境下烘干制得硫酸插层氮化硼；在坩埚中加入适量的无水乙醇，将上述硫 酸插层氮化硼置于其中，加热至100-120℃反应3-4小时，制得扩大层间距 的氮化硼材料。

进一步地，所述的扩大层间距的氮化硼材料与石墨烯共混后，在保护气 体氛围下800-1100℃下共同烧结，制得石墨烯插层氮化硼材料。

进一步地，所述单层带硫酸铵晶体的氮化硼材料和扩大层间距的氮化硼 材料，以DMF为溶剂，同异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)共混制得IPDI接枝 氮化硼；四氧化三铁(Fe₃O₄)经硅烷偶联剂包覆后，同前述IPDI接枝氮化 硼共混制得BN@Fe₃O₄。