[发明专利]一种Cf/SiC复合材料球阀密封副及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种C_f/SiC复合材料球阀密封副及其制备方法；特别涉及一种C_f/SiC复合材料球阀的阀芯与阀座及二者的制备方法。

背景技术

球阀指带有圆形开口的阀芯作为启闭件，利用阀芯旋转与阀座配对完成启闭功能的阀门。因此球阀的性能主要由其内阀芯与阀座构成的密封副决定。

目前我国各行业耐磨、耐高温、耐腐管道上安装使用的球阀所用密封副主要为金属材料，然而由于金属材料本身性质的限制，其存在以下问题（1）表面需进行硬化处理，工艺难度大，成本高；（2）金属的热膨胀系数高，在高温工况下易膨胀卡死；（3）在含大量固体颗粒介质的工况环境下，耐磨性不足，经常需要研磨和维修；（4）金属阀芯与阀座由于密封面是金属与金属的直接接触，其摩擦力很大造成启闭扭矩大，因此对阀杆强度和驱动装置的配置的要求很高。

另外还有少量的陶瓷球阀的阀芯与阀座，其材质为氧化铝和氧化锆，然而此类球阀，强度不好，脆性较大，耐冲击性不足，只能应用于强度要求不高的场合。

C_f/SiC材料具有极小的热膨胀系数，较低的密度，极高的强度，超强的耐磨性，耐冲击性，耐腐蚀性，自润滑性能优良，因此，适合作为球阀的阀芯与阀座材料。

目前制备C_f/SiC复合材料最佳的方法为先驱体浸渍裂解（PIP)工艺，其工艺路线为浸渍-固化-裂解，所公知的步骤为，将聚碳硅烷溶解在二甲苯中作为浸渍剂，使其浸渍到纤维毡体或编织体中，再经过裂解形成SiC陶瓷基体，由于先驱体高分子无机化后有很大的体积收缩，需经过若干次浸渍裂解循环，得到致密的C_f/SiC复合材料。

若将此工艺用于制备球阀密封副，至少存在如下问题（1）阀芯的厚度较大，聚碳硅烷/二甲苯的浸渍效率有限，需经过10次以上的裂解才能得到致密的C_f/SiC复合材料，不仅导致制备周期长，而且会对碳纤维造成损伤。（2）聚碳硅烷的热解陶瓷产物C与SiC的摩尔比为1.2～1.4：1，富碳，将会导致球阀在高温下的抗氧化性不足。

目前此工艺所使用的先驱体为聚碳硅烷，

但以聚碳硅烷做为先驱体存在以下不足：（1）聚碳硅烷的制备过程需经聚二甲基硅烷高温裂解，因此聚碳硅烷的制备成本高。（2）热解产物富碳，聚碳硅烷裂解SiC陶瓷产物中C与Si的摩尔比例一般为1.2-1.4：1，富余的碳以自由碳形式存在，使其抗氧化性能低于理论。（3）聚碳硅烷的主要失重温度在400℃-800℃，每个PIP工艺都需要经过1000℃以上的裂解，（4）聚碳硅烷为固体，浸渍过程中需溶解在二甲苯溶液中，降低了浸渍效率，进一步提高了成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种C_f/SiC复合材料球阀密封副及其制备方法。

本发明所述的一种C_f/SiC复合材料球阀密封副，包括一个阀芯（1）与两个阀座（2），阀芯两端为圆形开口，顶端开有槽口，槽口与阀杆相连，阀芯在阀杆的作用下旋转运动与阀座配对完成启闭功能；所述阀芯和阀座的材质为C_f/SiC复合材料。

本发明所述的一种C_f/SiC复合材料球阀密封副中，所述C_f/SiC复合材料中C与Si的摩尔比为1-1.05：1。

本发明所述的一种C_f/SiC复合材料球阀密封副的制备方法，包括下述步骤：

步骤一碳纤维球阀密封副的预制成型

以炭布和碳纤维网胎为原料，采用带有倒向钩刺的刺针进行针刺，形成准三维网状结构增强体，针刺密度为16-20针/cm²，分别按照设计的球阀密封副的阀座、阀芯的三维结构及尺寸，预留机加工尺寸余量，将准三维网状结构增强体预制成型阀座、阀芯预制件，预制件的密度为0.36-0.40g/cm³；

步骤二、预成型件的浸渍、固化、裂解

将步骤一所得阀座、阀芯预制件分别放入浸渍剂依次进行浸渍、固化操作至少3次，然后，对浸渍、固化后的阀座、阀芯预制件进行裂解；得到浸渍、固化、裂解后的阀座、阀芯预制件；

步骤三、重复浸渍、固化、裂解