[发明专利]高强高密度各向同性浸银碳/石墨复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于抗压强度可达200MPa、体积密度＞2.4g/cm³以上的高强高密度度度细颗粒碳石墨材料的制备方法，尤其是采用等静压成型、核电用材料牌号为M191G*的浸银石墨基体材料的制备方法。

背景技术

碳/石墨材料因其具有良好的导电、导热、耐高温、耐腐蚀、自润滑、化学稳定性好、热膨胀系数低等一系列突出优点，在许多工业领域中已经得到了广泛的应用，但是作为高温耐磨密封材料，机械强度较低，耐磨性能较差，还受制备工艺的限制，在其内部残留许多直通气孔。现有技术为了解决上述碳石墨制品的不足之处，通常采用超细石油焦粉为主要成分，添加复合氧化物陶瓷粉末来制备一种高强、耐磨的碳石墨基体，选择适当的热处理工艺控制石墨化程度，采用热等静压浸银方法来密实增补强度。或者以超细石油焦粉为主要成分，加入适当润滑和耐磨材料制成M130焙烧品，经中温处理后再用热等静压机进行高温、高压浸银，得到具有高强、抗热、润滑、耐磨、密封等综合性能的M230G浸银碳-石墨材料。其中，将银、铜、铅等金属物质浸入石墨材料的孔隙中而制成的复合材料，一般称之为浸金属石墨材料。浸金属石墨材料具有机械强度高、导电导热性能好以及不透气和耐磨等优点，故可作为电器、机械密封及润滑、耐磨等材料。浸金属石墨材料显微结构的特点是：材料中的孔隙被银、铜等金属物质所填充，且石墨相与金属相之间有明显的界限；由于石墨材料中存在一些不与外界连通的孔隙(闭孔孔隙)，因此不论是在浸渍石墨材料中，还是在浸渍不透石墨材料或浸金属石墨材料中，都会存在一定数量的孔隙。碳/石墨材料经浸渍金属后(Cu、Ag等)，可以提高对碳质坯体的增密补强效果，而且在一定程度上有利于改善材料的摩擦磨损性能。就浸入金属量而言，并非愈多愈好，这是因为金属材料的摩擦系数一般较大，浸入量太大虽能更好地提高材料的强度和不透性，但却使材料的摩擦系数增幅更大，使其摩擦性能下降，尤其是存在金属的局部聚集时，这种影响会更大。研究表明，在浸金属碳/石墨材料中，金属在碳质坯体中的理想分布是细网状均匀状态，这不仅能有效提高碳质坯体的增密补强效果，而且更有利于改善材料的摩擦磨损性能，然而这必将对碳/石墨基体材料自身的机械强度，孔径的大小和分布及其微观结构提出很高的要求。碳/石墨密封材料通常的制备工艺是采用煅烧焦作为填料，煤沥青作为黏结剂，经机械混合后成型、高温热处理制得。但是，采用上述方法，超过三分之一的黏结剂在焙烧过程中分解并挥发出去。此外，填料与黏结剂之间的体积收缩差异，碳/石墨材料会不可避免地具有气孔率高、结构均匀程度差、界面明显等缺陷，从而导致极大地影响了使用寿命。

现有技术通常采用的碳石墨热等静压浸银方法，是将盛装银包石墨锭的坩埚和装入的银包石墨锭一起装入热等静压机中，进行热等静压，用于热等静压浸银的坩埚分为保护坩埚和盛装银包石墨锭的浸银坩埚，浸银坩埚置于保护坩埚内，盛装银包石墨锭的浸银坩埚的直径尺寸比所装银锭直径大1～5％，最上层浸银坩埚安装有螺盖，螺盖与浸银坩埚通过螺纹连接。

我国采用冷等静压技术制备各向同性石墨材料的研究也有30多年的历史，在生产规模、生产工艺上都有了长足的进步，但是，目前在其制备过程中仍存在着产品易开裂、成品率低和性能较差的问题。