等靜壓石墨密封材料的浸漬工藝分析研究
發(fā)布時(shí)間：2020-08-31 點(diǎn)擊次數(shù)：4792
浸漬石墨材料越來(lái)越多地應(yīng)用于動(dòng)密封領(lǐng)域。浸漬就是將浸漬物在一定的溫度與壓力下壓入到材料的開(kāi)口氣孔中去，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，封堵孔隙，提高材料性能。浸漬石墨材料可以分為浸漬樹(shù)脂石墨和浸漬金屬石墨。浸樹(shù)脂石墨可獲得較高的密度，但其使用溫度低，高溫摩擦磨損性能較差，適合作腐蝕環(huán)境中的密封件。浸金屬石墨繼承了石墨材料的耐高溫，耐磨損等特性，同時(shí)提高了機(jī)械強(qiáng)度，拓展了浸漬石墨在高溫動(dòng)密封領(lǐng)域中的應(yīng)用冷等靜壓坯料在焙燒的過(guò)程當(dāng)中，位于其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的黏結(jié)劑和煤瀝青大概會(huì)有會(huì)被分解成氣體逸出，因此，焙燒后的制品內(nèi)部會(huì)形成許多大小不一的氣孔。如此大量氣孔的存在，必將會(huì)對(duì)焙燒后制品的各項(xiàng)性能造成非常不利的影響，例如：降低制品的密度，導(dǎo)致制品的電阻率上升，機(jī)械強(qiáng)度下降等。為彌補(bǔ)由于焙燒工藝本身對(duì)制品造成的各種內(nèi)部缺陷，就必須選取合適的浸漬劑對(duì)焙燒后的制品進(jìn)行浸漬處理，以便有效填充制品內(nèi)部的氣孔以及裂紋對(duì)于焙燒后的制品來(lái)說(shuō)，影響其浸漬效果的因素目前主要有兩個(gè)，其一是選取的浸漬劑本身的固有性質(zhì)影響；其二是浸漬工藝本身的影響。因此，對(duì)于浸漬工藝來(lái)講，浸漬劑的選取非常重要，其自身所固有的性質(zhì)會(huì)直接影響焙燒后制品的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)以及熱穩(wěn)定性等性能，綜合所查閱的文獻(xiàn)，對(duì)于浸漬劑的選取一般來(lái)講有如下三點(diǎn)要求 [8-9]：⑴必須具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、流動(dòng)性以及擁有比較容易浸入炭材料孔隙的性質(zhì)。⑵必須具有較為良好的浸后不透氣性以及較好的吸附性。⑶在經(jīng)過(guò)石墨化后必須具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。即便目前人們己經(jīng)對(duì)影響浸漬效果的各種工藝因素有了較為充分的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)于石墨制品的要求是隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高而提高的，因此，如何更為有效的改善浸漬工藝也是目前一項(xiàng)亟待解決的問(wèn)題。本文圍繞影響浸漬效果的各項(xiàng)主要工藝因素展開(kāi)討論與研究。2.1 實(shí)驗(yàn)材料焙燒后的等靜壓石墨毛坯料，浸漬用煤瀝青。本文所采用的浸漬瀝青其性能指標(biāo)如表 1 所示。將焙燒后的制品預(yù)熱至一定溫度，隨后迅速將制品放入浸漬罐內(nèi)并且進(jìn)行密封，使用真空泵迅速抽真空至-0.08MPa 保壓 1h，待保壓時(shí)間結(jié)束后，立即抽入已經(jīng)加熱好的瀝青并且將制品完全浸沒(méi)。繼續(xù)加入氬氣保壓一定時(shí)間后取樣
由于這道工序會(huì)受到諸多的工藝因素所影響，因此要確定浸漬工藝參數(shù)，我們就必須逐個(gè)考察各個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)所造成的影響。因此本論文釆用正交實(shí)驗(yàn)來(lái)解決這個(gè)試驗(yàn)次數(shù)過(guò)多的問(wèn)題。溫度、時(shí)間、壓力 - 浸漬工藝所需的三個(gè)重要參數(shù)由正交實(shí)驗(yàn)法確定，如下表 2 所示。將表中的各因素水平的試驗(yàn)參數(shù)依次填進(jìn)正交表的前三列，并且將浸漬后石墨產(chǎn)品的體積密度確定為考查指標(biāo)，由此可得正交試驗(yàn)表。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。由上表中的極差大小分析可知：A ＞ B ＞ C，因此影響浸漬工藝的因素的順序依次是溫度、壓力、保壓時(shí)間；而且通過(guò)的正交實(shí)驗(yàn)分析可以得出最優(yōu)的方案是 A3B3C1。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證體積密度為 1.68g/cm3。此結(jié)果相比較與試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果幾乎一致。綜上，我們選擇用時(shí)較少的方案由此，我們最終確定的浸漬工藝參數(shù)為溫度 220℃、加壓 0.9MPa、保壓時(shí)間為 60min。對(duì)于生產(chǎn)等靜壓石墨產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，一次浸漬后產(chǎn)品所擁有的性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到等靜壓石墨產(chǎn)品所應(yīng)該擁有的性能要求的，因此，為提高等靜壓石墨產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)，必須對(duì)浸漬后的制品反復(fù)幾次進(jìn)行循環(huán)性的再焙燒與再浸漬。此種方法是目前為了提高等靜壓石墨產(chǎn)品的性能所采用的較為廣泛的一種方法。也叫多次浸漬 - 焙燒工藝。浸漬的次數(shù)越多，其表面就會(huì)越致密，表面的孔隙也會(huì)越少。這種現(xiàn)象造成的原因是因?yàn)榻氲臑r青會(huì)在二次或者多次焙燒的時(shí)候結(jié)焦以及炭化從而彌補(bǔ)制品內(nèi)部的缺陷。與此同時(shí)，隨著制品浸漬次數(shù)的增加，制品表面的致密度也會(huì)增加，制品的密度、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱導(dǎo)電性等性能也相應(yīng)會(huì)隨之提高。由于碳材料各項(xiàng)性能的相關(guān)性，多次浸漬 - 焙燒后制品效果以制品的體積密度為例說(shuō)明，通過(guò)上述冷等靜壓生坯焙燒以及多次焙燒所制定的工藝曲線(xiàn)在相同的工藝條件下分別制備二焙一浸、三焙二浸、四焙三浸、五焙四浸的制品，測(cè)得其體積密度變化如下表 4 所示。由表四數(shù)據(jù)分析可知，制品的體積密度會(huì)隨著浸漬次數(shù)的增加而提升，但其提升的幅度卻逐次減小。造成這種現(xiàn)象的原因是由于浸漬次數(shù)的增加，制品本身的孔隙率會(huì)逐漸減小，致密性隨之增大，導(dǎo)致浸漬劑瀝青滲入到制品內(nèi)部的阻力也隨之越來(lái)越大，即若制品浸漬到一定程度后，制品的致密性將會(huì)很難再得以提升。通過(guò)五焙四浸漬的工藝可將制品的體積密度提高到 1.79g/cm3。本文通過(guò)對(duì)浸漬工藝的基本原理的分析，選用軟化點(diǎn)為 80~90℃結(jié)焦值＞ 55% 的煤瀝青為浸漬劑。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法確定最優(yōu)的浸漬工藝參數(shù)溫度220℃、加壓 0.9MPa、保壓時(shí)間為 60min。通過(guò)相同實(shí)驗(yàn)因素下的對(duì)比試驗(yàn)，制品的體積密度會(huì)隨著浸漬次數(shù)的增加而提升，但其提升的幅度卻逐次減小。通過(guò)五焙四浸漬的工藝可將制品的體積密度提高到1.79g/cm3。
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