[发明专利]表面多孔碳化硅材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料领域，具体涉及一种表面多孔碳化硅材料及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷由于具有良好耐酸碱腐蚀性、耐磨擦摩损性、高强度、高硬度、良好的抗氧化性能、较高的抗热震性以及在极高的温度下有良好的尺寸性等物理与化学性能，可用于放射性、腐蚀性、剧毒、易燃、易爆、高温等诸多复杂工况条件。因此，在热机工程及机械密封行业中所显示的良好性能和应用潜力已逐步为人们所认识，已经获得了广泛应用。

由于运行时，作为机械密封的密封环端面间始终处于接触并旋转状态，因此要求密封环材料具有良好的耐磨性，并保持流体膜良好的润滑性能和良好的边界润滑性能，以保证工况下有满意的使用寿命。目前工业部门大量应用的是反应烧结碳化硅、常压固相烧结碳化硅。但在干摩擦及硬面对硬面的特殊工况条件下，密封面之间的摩擦磨损加剧、温升较快，容易产生两工作面的粘合，而造成两端面在工作状态下，摩擦系数的增加，导致密封的失效。反应烧结碳化硅密封材料由于有游离硅的存在，因此其耐磨和耐高温性能较差，不适应上述两种工况条件。常压固相烧结碳化硅是一种近纯相的碳化硅材料，但其在干摩擦条件下，耐磨性能也急剧降低。因此，需要开发新型的碳化硅密封材料使其适应上述特殊的工况条件。

现有表面造孔碳化硅密封件多采用特种加工方法如电火花、激光加工、电解加工、超声波加工，电子束加工等来造孔，制备工艺复杂且成本高昂。CN200810060477.3公布了一种常压烧结微孔碳化硅碳密封环及其制备方法，常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环，其原料组成为碳化硅粉90～96％重量，石墨粉2～8％重量，聚乙烯醇2～5％重量。其制造方法包括以下步骤：将各原料按组成称重，把碳硅微粉和石墨微粉混合均匀；将聚乙烯醇加入去离子水中加温溶化，将混合均匀的粉料加聚乙烯醇水溶液搅拌成浆料，常温球磨；将浆料置于喷雾干燥塔中喷雾造粒，再置于模具内压制成型；将成型的制品放入真空高温炉中烧结，降至室温出炉。该材料中含有碳化硅与聚乙烯醇粘结形成的交联孔隙，改善了碳化硅密封环的自润滑性及耐热冲击性，在硬对硬摩擦组合中，能起缓冲作用，降低动磨擦系数，阻止密封环的失效，产品使用寿命延长。

发明内容

本发明旨在进一步扩展现有多孔碳化硅材料的类型和方法，本发明提供了一种表面多孔碳化硅材料及其制备方法。

本发明提供了一种表面多孔碳化硅材料的制备方法，所述方法包括：

1)将碳化硅、烧结助剂混合均匀、干燥、过筛制得第一混合粉体，其中以所述碳化硅的含量为100％计，所述烧结助剂的重量百分比为2～10wt％；

2)将碳化硅、烧结助剂、造孔剂混合均匀、干燥、过筛制得第二混合粉体，其中所述第二混合粉体中烧结助剂与第一混合粉体中的相同，且烧结助剂和碳化硅的重量比与第一混合粉体的相同，造孔剂占第二混合粉体的体积百分比为5～22％，优选5～20％；

3)将所述第一混合粉体和第二混合粉体依次加入模具，干压、等静压成型制得表面多孔碳化硅材料的素坯；

4)将所述素坯在600～900℃下热处理脱粘；以及

5)将经脱粘处理的速配在真空或氩气条件下于1900-2200℃烧成。

较佳地，所述烧结助剂为碳化硼和碳黑的混合物，其中碳化硼和碳黑的质量比为1：(3～10)。

本发明还提供另外一种表面多孔碳化硅材料的制备方法，所述方法包括：

1)将碳化硅、烧结助剂、粘结剂、溶剂混合均匀制得第一浆料，其中以所述碳化硅的含量为100％计，所述烧结助剂的重量百分比为2～10wt％，所述粘结剂的的重量百分比为3～10wt％；

2)将碳化硅、烧结助剂、粘结剂、造孔剂、溶剂混合均匀制得第二浆料，其中所述第二浆料中的烧结助剂、粘结剂分别与第一混合粉体中的相同，且烧结助剂、粘结剂和碳化硅的重量比与第一浆料中的相同，造孔剂占碳化硅、烧结助剂、粘结剂和造孔剂的总体积为5～22％，优选5～20％；

3)将所述第一浆料和第二浆料依次加入模具注模成型、干燥制得表面多孔碳化硅材料的素坯；

4)将所述素坯在600～900℃下热处理脱粘；以及

5)将经脱粘处理的速配在真空或氩气条件下于1900-2200℃烧成。

较佳地，所述粘结剂包括四甲基氢氧化铵、聚乙烯醇和/或甲基纤维素。

较佳地，所述溶剂为水或乙醇，所述第一浆料的固含量为50～80wt％，所述第二浆料的固含量为50～80wt％。