專利名稱：一種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法。
背景技術(shù)：
I.炭-石墨材料是ー種新型材料，在密封系統(tǒng)中，作為陶瓷環(huán)，碳化硅環(huán)的對磨材料。由于它具有自潤滑、抗磨損、耐高溫，有足夠的機械強度，膨脹系數(shù)低，導熱率高等特點，是汽車內(nèi)燃機水泵循環(huán)系統(tǒng)最佳的密封材料。傳統(tǒng)的制造方法是將細顆粒炭粉，經(jīng)配料、混合、軋輥、磨粉等エ序制造成壓粉；然后在大噸位機械壓機上，壓制成方坯或圓坯，放入爐子中高溫燒結(jié)；燒結(jié)后的毛坯再進行一系列機械加工。由于壓粉粉料的自身比重低、粒度細(-325目)、，石墨粉屬于非金屬材料所以流動性差，粉料裝入型腔中時，壓粉太輕不會像陶瓷粉，碳化硅粉或者金屬粉一祥，自動落實填滿，所以型腔內(nèi)部經(jīng)常會有孔隙，導致產(chǎn)品壓制以后，同等壓カ的情況下，壓成的炭環(huán)，中間有空隙的部分密度就會比裝實部分的密度低，導致整個產(chǎn)品的密度和硬度不均勻，同時在制造過程中，要用煤浙青作粘結(jié)劑，煤浙青在熱處理過程中，需進行一系列的化學反應，使煤浙青中的碳轉(zhuǎn)換成固定碳，產(chǎn)品在加熱處理過程中會產(chǎn)生收縮、彎曲、變形，各部尺寸變化較大且難于掌握，從而導致本領域未能使用陶瓷環(huán)，碳化硅環(huán)生產(chǎn)中使用的單個成型方法。常規(guī)的燒結(jié)程序炭材料在400° C以上時，會與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應，形成一氧化碳和ニ氧化碳氣體而耗損，為解決這ー難點，常規(guī)的做法是使用大量的固體炭材料包裹產(chǎn)品，使空氣中的氧氣與產(chǎn)品外緣的碳發(fā)生氧化，不與產(chǎn)品自身直接接觸，進而達到抗氧化的目的。極易受擠壓變形，并且產(chǎn)品四周堆積的固定碳材料厚薄不均勻易導致產(chǎn)品受熱不均勻，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。從而導致傳統(tǒng)的制造方法存在以下缺點
I.生產(chǎn)周期長從投料開始到產(chǎn)成品出來，大約需要1.5 — 2個月。僅高溫燒結(jié)エ序，從裝爐、升溫、保溫、冷卻、出爐等便需要30天。2.生產(chǎn)效率低傳統(tǒng)常規(guī)加工方法是將毛坯料加工成符合圖紙要求的成品密封環(huán)，按照現(xiàn)行加工定額，每班(8小吋)產(chǎn)量為200個。3.毛坯利用率低將坯料加工成成品，毛坯利用率低，一般只有15%左右。4.產(chǎn)品質(zhì)量不均勻由于使用煤浙青做粘結(jié)劑，浙青中含有大量的揮發(fā)份、游離碳，在燒結(jié)升溫的過程中，浙青在80° C吋，開始軟化、揮發(fā)，產(chǎn)品在揮發(fā)熔化變軟的狀況下，產(chǎn)生收縮、變形、開裂等情況；ー塊大型毛坯要加工成若干密封環(huán)，由于ー塊毛坯的內(nèi)外性能的差異，導致單個環(huán)的質(zhì)量存在差異。5.污染環(huán)境大在加工過程中，出現(xiàn)車屑炭粉，防止炭粉飛揚十分困難，致使炭粉濃度難于達標。6.制造成本高由于生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)方式落后，造成成本高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不均勻，制作成本高等問題，本、發(fā)明采用先將壓粉壓制成單個純碳質(zhì)密封環(huán)胚料即生料環(huán)(以下稱生料環(huán))，再燒結(jié)的方法，從而提高純碳質(zhì)密封環(huán)的生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。本發(fā)明技術(shù)方案為ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，包括以下步驟
a.將碳石墨粉與其他輔料按比 例配制加工成壓粉；
b.根據(jù)純碳質(zhì)密封環(huán)的形狀和結(jié)構(gòu)，將壓粉壓制成純碳質(zhì)石墨環(huán)胚料即生料環(huán)；
c.對生料環(huán)進行燒結(jié)；
將壓粉壓制成生料環(huán)包括以下步驟
a.根據(jù)產(chǎn)品圖紙，按壓粉壓制前后的壓縮比3:1，設計并制造相應模具；
b.將壓粉注入到模具型腔中，并將注入的壓粉夯實，使模具型腔內(nèi)的壓粉與模具型腔壁之間及壓粉中不存在孔隙，從而使模具型腔中的壓粉密度一致；
c.利用壓機對模具型腔中的壓粉粉料上下擠壓，使壓粉粉料在壓制后密度達到I. 50-1. 70g/cm3 ；
d.形成圖紙所要求的形狀后，脫模取出壓制的胚料即生料環(huán)。經(jīng)過分選，將生料環(huán)攜帶的石墨粉分離掉，等待燒結(jié)。按如下焙燒曲線對生料環(huán)進行燒結(jié)將取得更好的燒結(jié)效果
a.預熱階段150分鐘，溫度勻速地從室溫升至300°C;
b.升溫階段550分鐘，溫度勻速地從300°C上升至900°C;
c.高溫階段燒結(jié)溫度保持在900°C至1400°C(優(yōu)選燒結(jié)溫度保持在900°C至1100°C)，時間不低于100分鐘；
d.冷卻階段冷卻時間150分鐘，使燒結(jié)爐內(nèi)的溫度勻速地從900°C以上的燒結(jié)高溫降到室溫。在燒結(jié)前，先將單個生料環(huán)裝入作為燒結(jié)保護容器的密閉的碳石墨盒中，使每個生料環(huán)在整個燒結(jié)過程中分別處于碳石墨盒空間中，將每ー只純碳質(zhì)密封環(huán)分隔開來不相互擠壓、粘連，一方面保證生料環(huán)受熱溫度均勻，收縮自如，浙青炭化后不開裂，不彎曲變形；另ー方面，如遇氧氣倒灌進爐體時，首先與盛裝生料環(huán)的碳石墨盒發(fā)生氧化反應，進而阻止氧氣與碳石墨盒中的生料環(huán)或純碳質(zhì)密封環(huán)發(fā)生氧化反應。盛裝純碳質(zhì)密封環(huán)的碳石墨盒進入爐膛后，先后經(jīng)過預熱，升溫，高溫和冷卻，然后出爐。出爐時經(jīng)過冷卻溫度降至室溫，不需任何防護手套，即可端出成品。在此燒結(jié)爐中可以不使用傳統(tǒng)的固體炭材料進行隔氧保護，而選擇氨分解出惰性氮氣和還原性氣體氫氣做為保護。氮氣屬于惰性氣體，同氧氣不發(fā)生反應,而氫氣在空氣中可燃范圍(20°C,101. 325kPa) :4. O 74. 5%，在空氣中最低燃點(101. 325kPa) 5700C0 氨分解的通氣ロ在高溫區(qū)，800°以上，因此通入的氫氣在爐體中燃燒，由推進碳石墨盒帶入的空氣。產(chǎn)生的水蒸氣從爐膛上方排出爐體。有益效果由于本發(fā)明，采取了上述壓制成型，實現(xiàn)了快速、連續(xù)化制造純碳質(zhì)石墨密封環(huán)，克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺陷。具體數(shù)據(jù)如下
O大幅度縮短生產(chǎn)周期
由過去的I. 5—2個月，縮短為大約14小時
2)大幅度提聞了生廣效率
由過去生產(chǎn)定額為200個，提高到每分鐘壓制22個，提高了 50多倍。
3)大幅度提高了材料的利用率
由過去毛坯加工利用率15%左右，提高到了 100%，實現(xiàn)了無屑加工。4)大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性
單個環(huán)的性能不均勻性，由過去的20-30%，提高到了 5%以下。5)生產(chǎn)環(huán)境得到了改善
由于產(chǎn)品實現(xiàn)了無屑加工，消除了炭粉塵排放。6)制造成本大幅度降低采用本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品制造成本只有傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的1/2—2/3.
ニ.
具體實施例方式 I.將碳石墨粉與其他輔料按比例配制加工成壓粉的配方比例(重量百分比)
配方一浙青焦粉5%-15% ;穩(wěn)晶石墨粉10%-30% ;天然氣硬質(zhì)炭黑5%-15%;煤浙青(占干粉比例)20%-40% ;硫磺粉(占干粉比例)20%-40%。配方ニ浙青焦粉10%;穩(wěn)晶石墨粉20%;天然氣硬質(zhì)炭黑10%;煤浙青(占干粉比例)30% ;硫磺粉(占干粉比例)30%。2.設計并選擇專用壓機 專用壓機的具體技術(shù)條件如下
O具有裝料、頂出、推出的自動程序；
2)壓機的總噸位10-100噸；
3)毎分鐘壓制數(shù)量7-30個；
4)產(chǎn)品的單位壓力50-250Mpa
5)產(chǎn)品的壓制密度1.50-1. 70g/cm3
6)設計并制造專用模具。保證產(chǎn)品的尺寸，外形達到成品的圖紙要求。3.帶保護性氣氛的連續(xù)燒結(jié)爐 具體技術(shù)條件是
O爐體總長度為10-50米；
2)用氨分解作保護性氣氛；
3)連續(xù)爐的總功率為50-300KW；
4)連續(xù)爐具有預熱帶、加溫帶、高溫帶和冷卻帶；
5)最高使用溫度為900—1700C。；
6)每隔1-3米有ー個測溫點，并自動控制。4.夯實的方法往復滾筒壓實的給料方法，即將粉料推入型腔后，經(jīng)過往復滾筒運動將粉料壓實，使壓機上壓頭下降給壓前，模具型腔中的粉料中及粉料與型腔壁間不存在空隙，整個型腔中壓粉的密度先達到一致，進而壓制后的產(chǎn)品密度和硬度達到均勻。5.為了防止產(chǎn)品在推進過程中受到擠壓，設計制造碳石墨盒(又稱為石墨舟皿)，主要特點在于石墨盒中在盛裝吋，分層，每層石墨板盛裝空間下沉，不漏空，致使上下兩層石墨板疊放在一起時，上下層純碳質(zhì)密封環(huán)隔開，不擠壓。石墨盒的設計層數(shù)是根據(jù)燒結(jié)爐的爐膛ロ大小設計的,石墨盒的尺寸為爐膛距爐膛左右和上方留出10mm-20mm的空隙，方便惰性氣體和揮發(fā)份的排出。本項目根據(jù)爐膛ロ的尺寸，設計總共6層石墨板裝入石墨盒。根據(jù)甸個環(huán)的總聞度設計制作石墨板，總體石墨板的聞度為壓制后環(huán)的聞度(6mm),加上一定石墨板底部的厚度(5_)，而其中擺放密封環(huán)的位置為圓孔，掏空，以便將密封環(huán)擺放至石墨板上。每個石墨環(huán)有自己単一的孔位，避免與其他石墨環(huán)相互連接，導致粘接。亦可以設計為2-3個石墨環(huán)，擺放在同一個掏心孔處。擺放時必須相同面接觸，以減少燒結(jié)時變形所產(chǎn)生的壓力。將每ー只純碳質(zhì)密封環(huán)分隔開來。使左右不粘連，上下不擠壓。石墨舟皿內(nèi)部設計分隔孔，一個環(huán)放入ー個孔內(nèi)，生料環(huán)之間沒有相互碰觸，在燒 結(jié)的過程中保持原狀，從而解決了燒結(jié)變形這ー問題。
權(quán)利要求
1.ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，包括以下步驟 a.將碳石墨粉與其他輔料按比例配制加工成壓粉； b.根據(jù)純碳質(zhì)密封環(huán)的形狀和結(jié)構(gòu)，將壓粉壓制成純碳質(zhì)石墨環(huán)胚料即生料環(huán)； c.對生料環(huán)進行燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在于所述將壓粉壓制成生料環(huán)包括以下步驟 a.根據(jù)產(chǎn)品圖紙，按壓粉壓制前后的壓縮比3:1，設計并制造相應模具； b.將壓粉注入到模具型腔中，并將注入的壓粉夯實，使模具型腔內(nèi)的壓粉與模具型腔壁之間及壓粉中不存在孔隙，從而使模具型腔中的壓粉密度一致； c.利用壓機對模具型腔中的壓粉粉料上下擠壓，使壓粉粉料在壓制后密度達到I. 50-1. 70g/cm3 ； d.形成圖紙所要求的形狀后，脫模取出壓制的胚料即生料環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在于所述對生料環(huán)進行燒結(jié)按如下焙燒曲線對生料環(huán)進行燒結(jié) a.預熱階段150分鐘，溫度勻速地從室溫升至300°C; b.升溫階段550分鐘，溫度勻速地從300°C上升至900°C; c.高溫階段燒結(jié)溫度保持在900°C至1400°C，時間不低于100分鐘； d.冷卻階段冷卻時間150分鐘，使燒結(jié)爐內(nèi)的溫度勻速地從900°C以上的燒結(jié)高溫降到室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在于所述高溫階段燒結(jié)溫度保持在900°C至1100°C，時間不低于100分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2、3或4所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在干在燒結(jié)前，先將生料環(huán)裝入作為燒結(jié)保護容器的密閉的碳石墨盒中，使生料環(huán)在整個燒結(jié)過程中處于每個碳石墨盒單獨空間中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在干石墨舟皿內(nèi)部設計分隔孔，一個環(huán)放入ー個孔內(nèi)，生料環(huán)之間沒有相互碰觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在干所述將碳石墨粉與其他輔料按比例配制加工成壓粉的配方比例(重量百分比)為浙青焦粉5%-15% ;穩(wěn)晶石墨粉10%-30% ;天然氣硬質(zhì)炭黑5%-15%;煤浙青(占干粉比例)20%-40%;硫磺粉(占干粉比例)20%-40%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在于所述將碳石墨粉與其他輔料按比例配制加工成壓粉的配方比例(重量百分比)為浙青焦粉10% ;穩(wěn)晶石墨粉20%;天然氣硬質(zhì)炭黑10%;煤浙青(占干粉比例)30%;硫磺粉(占干粉比例)30%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6，7或8所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在于在燒結(jié)爐中選擇氨分解出的氮氣和還原性氣體氫氣作為保護。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的ー種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法，其特征在干所述將注入的壓粉夯實的方法為壓粉推入型腔后，經(jīng)過往復滾筒運動將粉料壓實。
全文摘要
一種純碳質(zhì)密封環(huán)的制造方法根據(jù)純碳質(zhì)密封環(huán)的形狀和結(jié)構(gòu)，先將壓粉壓制成單個的純碳質(zhì)石墨密封環(huán)的胚料即生料環(huán)，再按照燒結(jié)曲線進行燒結(jié)，同時將生料環(huán)置于密封的碳石墨盒中燒結(jié)，從而提高純碳質(zhì)密封環(huán)的生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
文檔編號C04B35/64GK102674841SQ20121010738
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:成都市金宇碳制品有限公司