CN101169188A - 一种碳化硅陶瓷密封环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳化硅陶瓷密封环，其特征在于，采用0.5μm的纳米级材料，由以下重量百分比的原料制成：W0.5纳米级微粉85％~95％、碳化硼粉2％~9％、液气树脂2％~8％，其制造工艺，采用超高温烧结工艺，其工艺如下：按重量配百分比秤取原料；放入球磨机球磨后在的盐酸中浸泡、烘干、碾碎、过筛，将组合物压制成密封环装炉，抽真空至小于1Pa；升温700℃/h－950℃/h停止真空；充氩气至常压后停止送气；继续升温，在1910－1930℃保温13－17分钟，保持炉膛气压0.01MPa，升至2170℃－2200℃保温50－70分钟；关炉，自然冷却。本发明的优点是耐高温、高压、强腐蚀，可靠性高。

Description

一种碳化硅陶瓷密封环

技术领域

本发明涉及一种碳化硅陶瓷密封环，可用于高温、高压、高转速、强腐蚀等各种转速、压力、介质的密封装置，属于密封环技术领域。

背景技术

密封环是一种广泛应用于密封装置的关键零件，直接关系到密封的使用范围和寿命，其配置的机械密封大量用于航天、石油、化工、机械、食品、制药、汽车等各领域。起始，国内通常采用的密封环材料主要有硬质合金、氧化铝、石墨、氮化硅等，用这些材料制作的密封环使用寿命短、可靠性差，而且使用局限，不能在高参数条件下使用。

以后采用反应烧结碳化硅技术，常规的反应烧结碳化硅密封环的配方工艺，由W14、W10碳化硅粉、石墨和添加剂配料组合而成，经过压制、预烧、车加工、终烧、磨加工、研磨等工序加工而成，烧结温度为1500℃，烧结时要加1∶1.15的金属硅片辅料。反应烧结碳化硅的主要缺点是：

1、一次性使用的渗硅不仅占用了炉子的有效空间，减少了产量，而且增加了工业废渣，影响环保；

2、碳化硅含量较低，纯度差，且游离硅含量高，不耐腐蚀，如果融合在食品、药品里面会影响食品安全；

3、其综合机械物理指标较低，不能应用于高温、高压、强腐蚀的工况和介质的密封，也不适用于食品药品行业。

发明内容

本发明的目的是发明一种可应用于高温、高压、强腐蚀工况和介质的碳化硅陶瓷密封环。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种碳化硅陶瓷密封环，其特征在于，采用0.5μm的纳米级材料，它由以下重量百分比的原料制成：

W0.5纳米级微粉    85％-95％

碳化硼粉    2％-9％

液气树脂    2％~8％。

所述的W0.5纳米级微粉为0.5μm的亚微米级碳化硅微粉；所述的液气树脂为液体酚醛树脂。

一种碳化硅陶瓷密封环的制造工艺，其特征在于，采用超高温烧结工艺，其工艺如下：

一、材料处理

(1)按重量百分比秤取原料；

(2)将秤取的原料放入球磨机球磨；

(3)将球磨后的组合物在浓度为70％-90％的盐酸中浸泡20-40分钟；

(4)将组合物烘干、碾碎、过筛，达到150~250目；

(5)将组合物压制成密封环，其压力1.1吨/cm³-1.3吨/cm³，

密度1.85克/cm³-2.05克/cm³；

二、烧结

(1)装炉，抽真空至小于1Pa；

(2)升温700℃/h-950℃/h停止真空；

(3)充氩气至常压后停止送气；

(4)继续升温，在1910℃-1930℃保温13-17分钟，保持炉膛气压0.01MPa，升至2170℃-2200℃保温50-70分钟；

(5)关炉，自然冷却；

(6)出炉、清理、磨加工、研磨、检验、入库。

所述的密封环外径为8mm-500mm。

本发明采用0.5μm的亚微米级α-sic共价化合物材料，采用超高温烧结工艺，提高了产品的质量，其优点是：

1、碳化硅含量高，说明其材质的纯度高。可在强腐蚀的介质使用，反之，游离硅含量大幅度下降为≤1％，可在食品、药品等介质使用；

2、弯曲强度高，可在高温、高压工况下不变形，可在压力大于6MPa，转述50mm/s的条件下可靠使用；

3、硬度高，由于它的硬度达到HS 110以上，使之在高速条件下的运转不磨损，提高了使用寿命和设备的可靠性；

4、由于它是一种非金属材料，它的使用领域不光在机械密封，而且可制作轴套、轴瓦、轴承、喷嘴等耐热、耐磨的重要机械零件；

5、由于使用可靠，减少泄露，保护环境，减少维修周期，可完全取代由钨、钴、镍等稀有金属为原料制作的硬质合金密封环，节约了大量的国家战略物资，有很大的社会效益。

说明书附图

图1为碳化硅微粉分子结构式；

图2为液气树脂分子结构式。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例

一种碳化硅陶瓷密封环，由W0.5亚微米级碳化硅微粉90份、分子式为α-sic、结构式如1图所示：碳化硼粉6份、液气树脂4份重量配比的原料制成，所述的液气树脂为热固性甲阶酚醛树脂，具体牌号为NB-615，其主要成分为酚醛树脂，分子式为[C₈H₈O₂]_n，结构式如图2所示。

其制造工艺如下：

一、材料处理

1、按重量百分比秤取原料；

2、将秤取的原料放入球磨机球磨；

3、将球磨后的组合物在浓度为80％的盐酸中浸泡30分钟；

4、将组合物烘干、碾碎、过筛达到200目；

5、将组合物压制成密封环，其压力1.2吨/cm³，密度1.95克/cm³。

二、烧结

1、装炉，抽真空至小于1Pa；

2、升温700℃/h-950℃/h停止真空；

3、充氩气至常压后停止送气；

4、继续升温，在1920℃保温15分钟，保持炉膛气压0.01MPa，升至2180℃保温60分钟；

5、关炉，自然冷却；

6、出炉、清理、磨加工、研磨、检验、入库。

可以制成外径8mm-500mm的碳化硅陶瓷密封环，也可制作轴套、轴瓦、轴承、喷嘴等耐热、耐磨的重要机械零件。

本发明根据GB/T 6569-86《工程陶瓷弯曲强度试验方法》作性能试验，主要技术指标见表

技术指标表

序号	技术参数	单位	JB/T6374-92数值	国际数值	本发明检测数值	常规密封环
							1	体积密度	g/cm2	2.95-	≥3.00	3.15	2.95-3.10
2	显气孔率	％	≤0.3	＜0.3	0.20	＜0.3
							3	硬度	HRA(	≥100	≥105	110	＞88(100)
4	弯曲强度	MPa	＞300	≥320	366	＞300
							5	碳化硅含量	％	≥95	＞96	98	85-90
6	游离硅含量	％	≤1	＜1	0.70	10-15

Claims (5)

1.一种碳化硅陶瓷密封环，其特征在于，采用0.5μm的纳米级材料，它由以下重量百分比的原料制成：

W0.5纳米级微粉  85％-95％

碳化硼粉        2％-9％

液气树脂        2％-8％。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷密封环，其特征在于，所述的W0.5纳米级微粉为0.5μm的亚微米级碳化硅微粉。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷密封环，其特征在于，所述的液气树脂为液体酚醛树脂。

4.一种碳化硅陶瓷密封环的制造工艺，其特征在于，采用超高温烧结工艺，其工艺如下：

一.材料处理

(1)按重量百分比秤取原料；

(2)将秤取的原料放入球磨机球磨；

(3)将球磨后的组合物在浓度为70％-90％的盐酸中浸泡20-40分钟；

(4)将组合物烘干、碾碎、过筛，达到150-250目；

(5)将组合物压制成密封环，其压力1.1吨/cm³-1.3吨/cm³，

密度1.85克/cm³-2.05克/cm³；

二.烧结

(1)装炉，抽真空至小于1Pa；

(2)升温700℃/h-950℃/h停止真空；

(3)充氩气至常压后停止送气；

(4)继续升温，在1910℃-1930℃保温13-17分钟，保持炉膛气压0.01MPa，升至2170℃-2200℃保温50-70分钟；

(5)关炉，自然冷却；

(6)出炉、清理、磨加工、研磨、检验、入库。

5.根据权利要求1或2所述的碳化硅陶瓷密封环，其特征在于，所述的密封环外径为8mm-500mm。