一種抗氧化石墨密封圈的製作方法
2023-06-02 01:29:46
本發明屬於太陽能光熱利用技術領域，尤其涉及一種抗氧化石墨密封圈。
背景技術：
在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，並不斷得到發展。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式，太陽能發電是一種新興的可再生能源。太陽能具有資源量大、分布範圍廣、清潔無汙染、技術可靠等優點。太陽能發電技術日益成為我國乃至國際可再生能源技術發展的重點。我國太陽能資源豐富，全國總面積2/3以上的地區年日照時長大2000小時以上，我國太陽能資源的年理論儲量可達17000億噸煤。
在太陽光能的採集過程中，太陽能集熱裝置中設置有用於連接管路的旋轉接頭，連接管路、旋轉接頭內部有流通的高溫介質，旋轉接頭的內部設置有石墨密封圈，因此，石墨密封圈的耐高溫性能對接頭的使用壽命有嚴重的影響。石墨材料廣泛應用於航空核能及工業等領域，不過，石墨材料在500℃以上的氧化環境中開始氧化，使其應用受到很大限制，現有石墨密封圈已無法滿足使用需求。
技術實現要素：
本發明針對上述技術問題，提供了一種抗氧化性能高的石墨密封圈。
本發明所採用的技術方案為：一種抗氧化石墨密封圈，其特徵在於，各組分按照質量份數組成為：矽粉5-15份、碳化硼5-15份、瀝青65-70份、石墨5-15份、四氫呋喃1-5份。
各組分按照較優質量份數組成為：矽粉8份、碳化硼10份、瀝青68份、石墨12份、四氫呋喃2份。
一種抗氧化石墨密封圈的製備工藝，其特徵在於，包括以下步驟：
（1）按照質量份數稱量各組分：矽粉5-15份、碳化硼5-15份、瀝青65-70份、石墨5-15份、四氫呋喃1-5份；
（2）將所述步驟（1）中稱量的石墨、矽粉、碳化硼和瀝青按比例混合後，使用四氫呋喃作為分散劑，經過球磨分散，加入模具中，壓制焙燒成管狀，經過高壓浸漬、加壓焙燒成型，成型完畢後，切割成環，拋光打磨。
所述步驟（2）中選用無機鹽或高分子浸漬劑。
所述步驟（2）中選用聚碳矽烷作為浸漬劑。
本發明的有益效果為：
1、本發明中矽粉、碳化硼、瀝青、石墨共同反應形成了B4C-SiC陶瓷複合材料，而瀝青把陶瓷粒子包覆使複合材料分散相均勻分布於連續相中，材料表面形成硼矽酸薄膜，使其在高溫下抗氧化性能提高；
2、現有石墨密封圈的硬度低、耐磨性差、使用周期短、需要頻繁更換，本發明在石墨中加入陶瓷相後，形成了陶瓷石墨複合材料，同時具備陶瓷和石墨兩種材料的優良性能，不僅使材料的耐磨性能有了很大提高，又能保留石墨的自潤滑性能，降低摩擦因數，複合材料具有高強度和耐磨的優點；
3、使用四氫呋喃作為分散劑，經過球磨分散，使陶瓷粒子破碎後與石墨形成分散相，瀝青為連續相，這樣既可提高研磨效率，又能使分散相分布更加均勻；
4、石墨的熱膨脹係數為29×10-6m/(m·K)，而陶瓷的熱膨脹係數為3×10-6m/(m·K)，兩種材料經過複合後，其熱膨脹係數會降低，經檢測為10×10-6m/(m·K)，在高溫情況下，其熱脹冷縮性能會進一步放大，二者複合的材料更適合在高溫下長期使用；
5、加入無機鹽或高分子浸漬劑，如聚碳矽烷，使其填充於複合材料的表面孔隙中，從而達到密封作用，密封性能好。
附圖說明
圖1-3為本發明應用於旋轉接頭中的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明做進一步描述：
圖中，1-殼體，2-彈簧，3、4、5-石墨密封圈，6-連接件。
實施例1
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟製備：
（1）按照質量份數稱量各組分：矽粉15份、碳化硼8份、瀝青65份、石墨8份、四氫呋喃5份；
（2）將步驟（1）中稱量的石墨、矽粉、碳化硼和瀝青混合併攪拌均勻，加入四氫呋喃，然後快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完畢後，減壓蒸餾處理，減壓蒸餾處理完畢後，將混合物加入模具中，2000℃熱處理壓製成管，使用聚碳矽烷對管進行高壓浸漬，浸漬壓力為0.8MPa，然後加壓焙燒成型，成型完畢後，切割成環，拋光打磨。
實施例2
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟製備：
（1）按照質量份數稱量各組分：矽粉12份、碳化硼5份、瀝青70份、石墨5份、四氫呋喃3份；
（2）將步驟（1）中稱量的石墨、矽粉、碳化硼和瀝青混合併攪拌均勻，加入四氫呋喃，然後快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完畢後，減壓蒸餾處理，減壓蒸餾處理完畢後，將混合物加入模具中，2000℃熱處理壓製成管，使用高分子浸漬劑對管進行高壓浸漬，浸漬壓力為0.8MPa，然後加壓焙燒成型，成型完畢後，切割成環，拋光打磨。
實施例3
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟製備：
（1）按照質量份數稱量各組分：矽粉8份、碳化硼10份、瀝青68份、石墨12份、四氫呋喃2份；
（2）將步驟（1）中稱量的石墨、矽粉、碳化硼和瀝青混合併攪拌均勻，加入四氫呋喃，然後快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完畢後，減壓蒸餾處理，減壓蒸餾處理完畢後，將混合物加入模具中，2000℃熱處理壓製成管，使用高分子浸漬劑對管進行高壓浸漬，浸漬壓力為0.8MPa，然後加壓焙燒成型，成型完畢後，切割成環，拋光打磨。
實施例4
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟製備：
（1）按照質量份數稱量各組分：矽粉10份、碳化硼15份、瀝青67份、石墨15份、四氫呋喃2份；
（2）將步驟（1）中稱量的石墨、矽粉、碳化硼和瀝青混合併攪拌均勻，加入四氫呋喃，然後快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完畢後，減壓蒸餾處理，減壓蒸餾處理完畢後，將混合物加入模具中，2000℃熱處理壓製成管，使用聚碳矽烷對管進行高壓浸漬，浸漬壓力為0.8MPa，然後加壓焙燒成型，成型完畢後，切割成環，拋光打磨。
實施例5
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟製備：
（1）按照質量份數稱量各組分：矽粉5份、碳化硼12份、瀝青65份、石墨10份、四氫呋喃1份；
（2）將步驟（1）中稱量的石墨、矽粉、碳化硼和瀝青混合併攪拌均勻，加入四氫呋喃，然後快速加入球磨罐中球磨50h，球磨完畢後，減壓蒸餾處理，減壓蒸餾處理完畢後，將混合物加入模具中，2000℃熱處理壓製成管，使用無機鹽浸漬劑對管進行高壓浸漬，浸漬壓力為0.8MPa，然後加壓焙燒成型，成型完畢後，切割成環，拋光打磨。
圖1-3為本發明中的石墨密封圈應用於3種旋轉接頭中的結構示意圖，其中，旋轉接頭的殼體1選用321（0Cr19Ni10Ti) 奧氏體不鏽鋼，奧氏體不鏽鋼具有耐高溫、耐磨損、耐氧化等優點，加工後，進行固溶處理、高溫鹽浴，增加表面硬度及耐腐蝕性。
性能測試
（1）對本發明中的產品進行摩擦磨損試驗，試驗設備採用MHK-500環塊式摩擦磨損試驗機，在PV值為30MPa•m/s的條件下，石墨密封圈的摩擦係數為0.198，體積磨損量為0.26 mm3，是純石墨磨損量的1/10；在壓強速率值增加的過程中，陶瓷石墨複合材料的摩擦係數變化不大，表明複合材料摩擦係數受影響較小。
（2）對本發明中的產品進行抗氧化性試驗，具體測試根據中華人民共和國航空工業標準HB5258-2000鋼及高溫合金的抗氧化性測定標準中規定的方法進行，本發明產品的平均氧化速度為0.4g/m2·h，平均氧化皮脫落量為5.0g/m2，達到了2級，抗氧化性能高。
以上對本發明的5個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明申請範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本發明的專利涵蓋範圍之內。