一种机械密封用碳化硅烧结材料以及使用该材料的机械密封装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机械密封用碳化硅烧结材料以及使用该材料的机械密封装置，在细密质碳化硅烧结制造过程中，使碳化硅烧结体生成用于储油的若干独立气孔，所述独立气孔的孔径范围为10～40UM，所述独立气孔的气孔率范围为3‑13%。根据本发明专利技术，可以在较高的PV值下使用碳化硅和碳制品材料的组合或者碳化硅和碳化硅的组合的机械密闭装置，不会发生异声、粘合、咬合以及水泡问题，能有效使用。此发明专利技术有优秀的耐腐蚀性，耐磨耗性，一定程度上维持了较高的硬度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳化硅烧结材料
，特别涉及一种应用于泵、冷冻器等轴封装置的机械密封装置，另外更加详细阐述了使用有特定气孔的碳化硅烧结材料，以改良滑动特性的机械密封装置。
技术介绍
机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。作为机械密封装置的滑动材料主要是碳制品、超硬合金、碳化硅烧结体和氧化铝烧结体等，机械密封的摩擦副包括动环和静环，例如动环选用碳制品（石墨碳制品或者浸渍树脂石墨），静环选用氧化铝组合使用，但是碳和碳化硅材料的组合、碳化硅和碳化硅组合使用的情况也在增加。这是因为，使用碳化硅的话，滑动面压和转动周速度的积，也就是PV值可以到达临界点，使得机械的高性能化、小型化成为可能。像泥浆状液体一样，当粒子磨耗成为问题的时候，多使用碳化硅和碳化硅组合使用。碳化硅是高硬度、高耐腐蚀的材料，像碳制品，为六方晶体，本身没有润滑性，其结晶组织，基本不含有玻璃质的结晶粒，因而有非常好的平滑性，滑动时摩擦系数小时他的主要特点。但是，由于镜面摩擦缘故，碳化硅和碳化硅组合容易在启动时产生噪音，还容易发生套口的粘着问题，而有自身润滑性的碳制品和碳化硅组合虽然能减少噪音和粘着问题，但是有时也会发生水泡现象（CARBON-BLISTER）的问题。这种现象就是从碳制品材料的滑动面开始出现斑点，开始形成微小的裂缝，并逐渐变成像被虫侵蚀的现象，此问题光是在导致液体泄漏方面，就会成为密封装置中的重大问题。上述问题不仅发生在碳制品和碳化硅组合的情形，单单是因为启动时发生摩擦热，常在高度滑动面压下使用的碳制品材料和碳化硅的组合的情况，尤其在寻求解决这个问题的办法。也就是说，因为启动时产生的摩擦热，碳制品的表面发生膨胀，反复的收缩，因热应力而发生疲劳损害等。碳制品材料中的含浸树脂热分解，由于碳制品材料的气孔中残留的油的摩擦损耗而导致水泡等很多现象都需要寻求解决方法。关于这一点的对策是，提高碳制品材料的强度，改良机械密封装置的精度，把表面均等化，采用双密封，采用低密度刷，实施流体冷却（STEARMQUENCH），提高滑动面温度，低粘度化等等方法均被考虑，但是这些对策并不能完全解决其问题。另外，不使用碳制品材料，也有比如使用碳化硅和碳化硅一样硬度的材料组合，在这种情况下，因为高硬度，接触的磨合运转少，和使用碳制品材料相比，机械精度、零部件精度以及安装精度则需要更加严格的要求。无论怎么样，减少启动时的摩擦热是解决问题的本质，因此使用残留金属硅反应烧结碳化硅的方法，考虑在多孔质碳化硅的气孔中放入各种的固体润滑材料，使之浸透。然而，虽然金属硅含浸反应烧结碳化硅的咬合、发生异声的问题比常压的烧结碳化硅少，但是腐蚀性方面有劣势，不能广泛应用；另外制造多孔质碳化硅烧结材料，使其后含浸氟利昂油、二硫化钼、黑铅、碳化硼素等固体或者液体润滑剂的方法，必须要抽去真空，含浸要实施数次，这样也会导致成本增加。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足提供一种机械密封用碳化硅烧结材料，具有优异的耐腐蚀性、耐磨耗性，保持较高硬度条件下，还解决了碳化硅烧结体粘着问题、启动咬合问题、异声产生以及水泡现象。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案。一种机械密封用碳化硅烧结材料，在细密质碳化硅烧结制造过程中，使碳化硅烧结体生成用于储油的若干独立气孔，所述独立气孔的孔径范围为10～40UM，所述独立气孔的气孔率范围为3-13%。在细密质碳化硅烧结体制造过程中，生成用作储油的独立气孔，解决滑动时候的咬合问题和异声问题，为了不发生碳制品材料的水泡问题所需求的气孔特征，其要点是独立气孔的孔径范围为10～40UM，气孔率范围为3-13%。以下还给出了具有此特征的碳化硅烧结体的制备方法，以及把该烧结碳化硅用作机械密封装置的动环（回转环）或静环（固定环）等具体方式。上述机械密封用碳化硅烧结材料的制备方法，选取平均粒度0.45uM的A型碳化硅粉末100重量份、碳化硼粉末0.8重量份、炭黑粉末2.5重量份、聚乙烯醇2.5重量份、平均粒度20uM的聚苯乙烯串珠7重量份和水11重量份，在球磨机中混合十小时，然后用喷雾干燥机使之颗粒化，再用1.5T/CM2的压力将上述颗粒在成型压机的模腔内加压成形，最后在2050℃的氩环境中烧结制得成品。这里需要说明的是：碳化硅烧结体的原料不论是A模型还是B模型都可以适用于本专利技术。另外前述提到的细密质碳化硅烧结体指的是，理论密度百分之九十五以上的烧结体。一种机械密封装置，包括相互回转密封配合的动环和静环，所述动环和所述静环使用上述的机械密封用碳化硅烧结材料制成。一种机械密封装置，包括相互回转密封配合的动环和静环，所述动环使用上述的机械密封用碳化硅烧结材料制成，所述静环使用碳制品材料、细密质碳化硅烧结材料、硬质合金材料、铸铁、或者氧化铝烧结体制成。一种机械密封装置，包括相互回转密封配合的动环和静环，所述静环使用上述的机械密封用碳化硅烧结材料制成，所述动环使用碳制品材料、细密质碳化硅烧结材料、硬质合金材料、铸铁、或者氧化铝烧结体制成。下面更进一步详细的阐述本专利技术，关于独立气孔，用作储油，也就是说浸透的液体在启动时候因为摩擦热，很容易渗出油膜，液体在短时间内不能流出，就积压起来，继续的发生作用，由于对方材料的摩擦，也就是说，不发生水泡现象的范围的气孔直径是必要的，可以发现平均孔径10-40UM是适合的。平均气孔径不到10UM的话，启动时气孔中浸透的油渍短时间内不会出现在表面，另外超过40UM的话，密封会漏，如果对方材料是碳制品的话，还会极度的促进其摩擦。其中，气孔孔径的测定是根据破断面的走查电显观察求出平均气孔径的值。接下来，关于气孔率，在很大程度上被认同了积油的的作用，作为没有变成连续气孔的独立气孔的存在范围是必要的，全气孔率是在3-13%的范围内是适合的，不足3%的积油的看不到积油的效果，超过13%强度大大下降的同时，也成为漏油的原因，成为连续气孔的可能性变强。全孔气率是根据碳化硅的比重求出的全开气孔和全闭气孔的和。碳化硅烧结的情况的最合适的气孔孔径和气孔率的范围和碳化硅烧结体不一样。另外，关于气孔的形状，母材的碳化硅烧结体是典型的硬质材料，为了避免应力集中，需要圆圆的形状，这里圆圆的形状的是指，边缘不要是把应力集中在一处的，是需要柔滑的曲线率的气孔的形状。关于碳化硅烧结体中气孔导入的方法，大致的区别是在烧结体原料配合物中加入球状有机物，烧结过程中，根据分解，升华使气孔生成的方法；和根据改变烧结的各个材料阻碍细密化，使气孔残留的方法。后者的方法，有比如颗粒的烧结原料的混入，烧结助剂的减量，升温速度的增减，最高保持温度的低下，最高保持温度的减少等方法，根据这些方法造出来的气孔的形状，一般圆圆的形状的比较少，所以称不上是能成为连续气孔的合适的方法。前面一种方法，能比较容易的得到圆圆的形状，在这种情况下的有机物，如果初期的形状有圆圆的话，是比较好的。如果考虑根据水媒体的原料配合物的球磨机混合，根据喷雾干燥的颗粒化，冷加工水压或者金型压榨机的工序的话，添加有机物在水中不溶解，需要在喷雾干燥时不软化流动程度的耐热性，合成或者天然的高分子化合物要适当，比如说根据如乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械密封用碳化硅烧结材料，在细密质碳化硅烧结制造过程中，使碳化硅烧结体生成用于储油的若干独立气孔，其特征在于：所述独立气孔的孔径范围为10～40UM，所述独立气孔的气孔率范围为3‑13%。

【技术特征摘要】
1.一种机械密封用碳化硅烧结材料，在细密质碳化硅烧结制造过程中，使碳化硅烧结体生成用于储油的若干独立气孔，其特征在于：所述独立气孔的孔径范围为10～40UM，所述独立气孔的气孔率范围为3-13%。2.一种如权利要求1所述的机械密封用碳化硅烧结材料的制备方法，其特征在于：选取平均粒度0.45uM的A型碳化硅粉末100重量份、碳化硼粉末0.8重量份、炭黑粉末2.5重量份、聚乙烯醇2.5重量份、平均粒度20uM的聚苯乙烯串珠7重量份和水11重量份，在球磨机中混合十小时，然后用喷雾干燥机使之颗粒化，再用1.5T/CM2的压力将上述颗粒在成型压机的模腔内加压成形，最后在2050℃的氩环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：应建红，
申请(专利权)人：宁波欧翔精细陶瓷技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33