本發(fā)明屬于太陽能光熱利用技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種抗氧化石墨密封圈。
背景技術(shù):
在化石燃料日趨減少的情況下,太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分,并不斷得到發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式,太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。太陽能具有資源量大、分布范圍廣、清潔無污染、技術(shù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。太陽能發(fā)電技術(shù)日益成為我國乃至國際可再生能源技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。我國太陽能資源豐富,全國總面積2/3以上的地區(qū)年日照時(shí)長大2000小時(shí)以上,我國太陽能資源的年理論儲量可達(dá)17000億噸煤。
在太陽光能的采集過程中,太陽能集熱裝置中設(shè)置有用于連接管路的旋轉(zhuǎn)接頭,連接管路、旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部有流通的高溫介質(zhì),旋轉(zhuǎn)接頭的內(nèi)部設(shè)置有石墨密封圈,因此,石墨密封圈的耐高溫性能對接頭的使用壽命有嚴(yán)重的影響。石墨材料廣泛應(yīng)用于航空核能及工業(yè)等領(lǐng)域,不過,石墨材料在500℃以上的氧化環(huán)境中開始氧化,使其應(yīng)用受到很大限制,現(xiàn)有石墨密封圈已無法滿足使用需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明針對上述技術(shù)問題,提供了一種抗氧化性能高的石墨密封圈。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種抗氧化石墨密封圈,其特征在于,各組分按照質(zhì)量份數(shù)組成為:硅粉5-15份、碳化硼5-15份、瀝青65-70份、石墨5-15份、四氫呋喃1-5份。
各組分按照較優(yōu)質(zhì)量份數(shù)組成為:硅粉8份、碳化硼10份、瀝青68份、石墨12份、四氫呋喃2份。
一種抗氧化石墨密封圈的制備工藝,其特征在于,包括以下步驟:
(1)按照質(zhì)量份數(shù)稱量各組分:硅粉5-15份、碳化硼5-15份、瀝青65-70份、石墨5-15份、四氫呋喃1-5份;
(2)將所述步驟(1)中稱量的石墨、硅粉、碳化硼和瀝青按比例混合后,使用四氫呋喃作為分散劑,經(jīng)過球磨分散,加入模具中,壓制焙燒成管狀,經(jīng)過高壓浸漬、加壓焙燒成型,成型完畢后,切割成環(huán),拋光打磨。
所述步驟(2)中選用無機(jī)鹽或高分子浸漬劑。
所述步驟(2)中選用聚碳硅烷作為浸漬劑。
本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明中硅粉、碳化硼、瀝青、石墨共同反應(yīng)形成了B4C-SiC陶瓷復(fù)合材料,而瀝青把陶瓷粒子包覆使復(fù)合材料分散相均勻分布于連續(xù)相中,材料表面形成硼硅酸薄膜,使其在高溫下抗氧化性能提高;
2、現(xiàn)有石墨密封圈的硬度低、耐磨性差、使用周期短、需要頻繁更換,本發(fā)明在石墨中加入陶瓷相后,形成了陶瓷石墨復(fù)合材料,同時(shí)具備陶瓷和石墨兩種材料的優(yōu)良性能,不僅使材料的耐磨性能有了很大提高,又能保留石墨的自潤滑性能,降低摩擦因數(shù),復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和耐磨的優(yōu)點(diǎn);
3、使用四氫呋喃作為分散劑,經(jīng)過球磨分散,使陶瓷粒子破碎后與石墨形成分散相,瀝青為連續(xù)相,這樣既可提高研磨效率,又能使分散相分布更加均勻;
4、石墨的熱膨脹系數(shù)為29×10-6m/(m·K),而陶瓷的熱膨脹系數(shù)為3×10-6m/(m·K),兩種材料經(jīng)過復(fù)合后,其熱膨脹系數(shù)會降低,經(jīng)檢測為10×10-6m/(m·K),在高溫情況下,其熱脹冷縮性能會進(jìn)一步放大,二者復(fù)合的材料更適合在高溫下長期使用;
5、加入無機(jī)鹽或高分子浸漬劑,如聚碳硅烷,使其填充于復(fù)合材料的表面孔隙中,從而達(dá)到密封作用,密封性能好。
附圖說明
圖1-3為本發(fā)明應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)接頭中的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
圖中,1-殼體,2-彈簧,3、4、5-石墨密封圈,6-連接件。
實(shí)施例1
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟制備:
(1)按照質(zhì)量份數(shù)稱量各組分:硅粉15份、碳化硼8份、瀝青65份、石墨8份、四氫呋喃5份;
(2)將步驟(1)中稱量的石墨、硅粉、碳化硼和瀝青混合并攪拌均勻,加入四氫呋喃,然后快速加入球磨罐中球磨50h,球磨完畢后,減壓蒸餾處理,減壓蒸餾處理完畢后,將混合物加入模具中,2000℃熱處理壓制成管,使用聚碳硅烷對管進(jìn)行高壓浸漬,浸漬壓力為0.8MPa,然后加壓焙燒成型,成型完畢后,切割成環(huán),拋光打磨。
實(shí)施例2
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟制備:
(1)按照質(zhì)量份數(shù)稱量各組分:硅粉12份、碳化硼5份、瀝青70份、石墨5份、四氫呋喃3份;
(2)將步驟(1)中稱量的石墨、硅粉、碳化硼和瀝青混合并攪拌均勻,加入四氫呋喃,然后快速加入球磨罐中球磨50h,球磨完畢后,減壓蒸餾處理,減壓蒸餾處理完畢后,將混合物加入模具中,2000℃熱處理壓制成管,使用高分子浸漬劑對管進(jìn)行高壓浸漬,浸漬壓力為0.8MPa,然后加壓焙燒成型,成型完畢后,切割成環(huán),拋光打磨。
實(shí)施例3
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟制備:
(1)按照質(zhì)量份數(shù)稱量各組分:硅粉8份、碳化硼10份、瀝青68份、石墨12份、四氫呋喃2份;
(2)將步驟(1)中稱量的石墨、硅粉、碳化硼和瀝青混合并攪拌均勻,加入四氫呋喃,然后快速加入球磨罐中球磨50h,球磨完畢后,減壓蒸餾處理,減壓蒸餾處理完畢后,將混合物加入模具中,2000℃熱處理壓制成管,使用高分子浸漬劑對管進(jìn)行高壓浸漬,浸漬壓力為0.8MPa,然后加壓焙燒成型,成型完畢后,切割成環(huán),拋光打磨。
實(shí)施例4
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟制備:
(1)按照質(zhì)量份數(shù)稱量各組分:硅粉10份、碳化硼15份、瀝青67份、石墨15份、四氫呋喃2份;
(2)將步驟(1)中稱量的石墨、硅粉、碳化硼和瀝青混合并攪拌均勻,加入四氫呋喃,然后快速加入球磨罐中球磨50h,球磨完畢后,減壓蒸餾處理,減壓蒸餾處理完畢后,將混合物加入模具中,2000℃熱處理壓制成管,使用聚碳硅烷對管進(jìn)行高壓浸漬,浸漬壓力為0.8MPa,然后加壓焙燒成型,成型完畢后,切割成環(huán),拋光打磨。
實(shí)施例5
一種抗氧化石墨密封圈按照如下步驟制備:
(1)按照質(zhì)量份數(shù)稱量各組分:硅粉5份、碳化硼12份、瀝青65份、石墨10份、四氫呋喃1份;
(2)將步驟(1)中稱量的石墨、硅粉、碳化硼和瀝青混合并攪拌均勻,加入四氫呋喃,然后快速加入球磨罐中球磨50h,球磨完畢后,減壓蒸餾處理,減壓蒸餾處理完畢后,將混合物加入模具中,2000℃熱處理壓制成管,使用無機(jī)鹽浸漬劑對管進(jìn)行高壓浸漬,浸漬壓力為0.8MPa,然后加壓焙燒成型,成型完畢后,切割成環(huán),拋光打磨。
圖1-3為本發(fā)明中的石墨密封圈應(yīng)用于3種旋轉(zhuǎn)接頭中的結(jié)構(gòu)示意圖,其中,旋轉(zhuǎn)接頭的殼體1選用321(0Cr19Ni10Ti) 奧氏體不銹鋼,奧氏體不銹鋼具有耐高溫、耐磨損、耐氧化等優(yōu)點(diǎn),加工后,進(jìn)行固溶處理、高溫鹽浴,增加表面硬度及耐腐蝕性。
性能測試
(1)對本發(fā)明中的產(chǎn)品進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)備采用MHK-500環(huán)塊式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),在PV值為30MPa?m/s的條件下,石墨密封圈的摩擦系數(shù)為0.198,體積磨損量為0.26 mm3,是純石墨磨損量的1/10;在壓強(qiáng)速率值增加的過程中,陶瓷石墨復(fù)合材料的摩擦系數(shù)變化不大,表明復(fù)合材料摩擦系數(shù)受影響較小。
(2)對本發(fā)明中的產(chǎn)品進(jìn)行抗氧化性試驗(yàn),具體測試根據(jù)中華人民共和國航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB5258-2000鋼及高溫合金的抗氧化性測定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法進(jìn)行,本發(fā)明產(chǎn)品的平均氧化速度為0.4g/m2·h,平均氧化皮脫落量為5.0g/m2,達(dá)到了2級,抗氧化性能高。
以上對本發(fā)明的5個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明,但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等,均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。