等静压石墨密封材料的浸渍工艺分(fēn)析研究
发布时间：2020-08-31 点击次数：3761
浸渍石墨材料越来越多(duō)地应用(yòng)于动密封领域。浸渍就是将浸渍物(wù)在一定的温度与压力下压入到材料的开口气孔中去，形成网状结构，封堵孔隙，提高材料性能(néng)。浸渍石墨材料可(kě)以分(fēn)為(wèi)浸渍树脂石墨和浸渍金属石墨。浸树脂石墨可(kě)获得较高的密度，但其使用(yòng)温度低，高温摩擦磨损性能(néng)较差，适合作腐蚀环境中的密封件。浸金属石墨继承了石墨材料的耐高温，耐磨损等特性，同时提高了机械强度，拓展了浸渍石墨在高温动密封领域中的应用(yòng)冷等静压坯料在焙烧的过程当中，位于其结构内部的黏结剂和煤沥青大概会有(yǒu)会被分(fēn)解成气體(tǐ)逸出，因此，焙烧后的制品内部会形成许多(duō)大小(xiǎo)不一的气孔。如此大量气孔的存在，必将会对焙烧后制品的各项性能(néng)造成非常不利的影响，例如：降低制品的密度，导致制品的電(diàn)阻率上升，机械强度下降等。為(wèi)弥补由于焙烧工艺本身对制品造成的各种内部缺陷，就必须选取合适的浸渍剂对焙烧后的制品进行浸渍处理(lǐ)，以便有(yǒu)效填充制品内部的气孔以及裂纹对于焙烧后的制品来说，影响其浸渍效果的因素目前主要有(yǒu)两个，其一是选取的浸渍剂本身的固有(yǒu)性质影响；其二是浸渍工艺本身的影响。因此，对于浸渍工艺来讲，浸渍剂的选取非常重要，其自身所固有(yǒu)的性质会直接影响焙烧后制品的机械强度、化學(xué)以及热稳定性等性能(néng)，综合所查阅的文(wén)献，对于浸渍剂的选取一般来讲有(yǒu)如下三点要求 [8-9]：⑴必须具有(yǒu)良好的化學(xué)稳定性、流动性以及拥有(yǒu)比较容易浸入炭材料孔隙的性质。⑵必须具有(yǒu)较為(wèi)良好的浸后不透气性以及较好的吸附性。⑶在经过石墨化后必须具有(yǒu)较强的机械强度。即便目前人们己经对影响浸渍效果的各种工艺因素有(yǒu)了较為(wèi)充分(fēn)的认识，但是对于石墨制品的要求是随着社会生产力的提高而提高的，因此，如何更為(wèi)有(yǒu)效的改善浸渍工艺也是目前一项亟待解决的问题。本文(wén)围绕影响浸渍效果的各项主要工艺因素展开讨论与研究。2.1 实验材料焙烧后的等静压石墨毛坯料，浸渍用(yòng)煤沥青。本文(wén)所采用(yòng)的浸渍沥青其性能(néng)指标如表 1 所示。将焙烧后的制品预热至一定温度，随后迅速将制品放入浸渍罐内并且进行密封，使用(yòng)真空泵迅速抽真空至-0.08MPa 保压 1h，待保压时间结束后，立即抽入已经加热好的沥青并且将制品完全浸没。继续加入氩气保压一定时间后取样
由于这道工序会受到诸多(duō)的工艺因素所影响，因此要确定浸渍工艺参数，我们就必须逐个考察各个因素对试验所造成的影响。因此本论文(wén)釆用(yòng)正交实验来解决这个试验次数过多(duō)的问题。温度、时间、压力 - 浸渍工艺所需的三个重要参数由正交实验法确定，如下表 2 所示。将表中的各因素水平的试验参数依次填进正交表的前三列，并且将浸渍后石墨产品的體(tǐ)积密度确定為(wèi)考查指标，由此可(kě)得正交试验表。
由上表中的极差大小(xiǎo)分(fēn)析可(kě)知：A ＞ B ＞ C，因此影响浸渍工艺的因素的顺序依次是温度、压力、保压时间；而且通过的正交实验分(fēn)析可(kě)以得出最优的方案是 A3B3C1。经过试验验证體(tǐ)积密度為(wèi) 1.68g/cm3。此结果相比较与试验试验结果几乎一致。综上，我们选择用(yòng)时较少的方案由此，我们最终确定的浸渍工艺参数為(wèi)温度 220℃、加压 0.9MPa、保压时间為(wèi) 60min。对于生产等静压石墨产品来说，一次浸渍后产品所拥有(yǒu)的性能(néng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)没有(yǒu)达到等静压石墨产品所应该拥有(yǒu)的性能(néng)要求的，因此，為(wèi)提高等静压石墨产品的各项性能(néng)指标，必须对浸渍后的制品反复几次进行循环性的再焙烧与再浸渍。此种方法是目前為(wèi)了提高等静压石墨产品的性能(néng)所采用(yòng)的较為(wèi)广泛的一种方法。也叫多(duō)次浸渍 - 焙烧工艺。浸渍的次数越多(duō)，其表面就会越致密，表面的孔隙也会越少。这种现象造成的原因是因為(wèi)浸入的沥青会在二次或者多(duō)次焙烧的时候结焦以及炭化从而弥补制品内部的缺陷。与此同时，随着制品浸渍次数的增加，制品表面的致密度也会增加，制品的密度、机械强度、导热导電(diàn)性等性能(néng)也相应会随之提高。由于碳材料各项性能(néng)的相关性，多(duō)次浸渍 - 焙烧后制品效果以制品的體(tǐ)积密度為(wèi)例说明，通过上述冷等静压生坯焙烧以及多(duō)次焙烧所制定的工艺曲線(xiàn)在相同的工艺条件下分(fēn)别制备二焙一浸、三焙二浸、四焙三浸、五焙四浸的制品，测得其體(tǐ)积密度变化如下表 4 所示。由表四数据分(fēn)析可(kě)知，制品的體(tǐ)积密度会随着浸渍次数的增加而提升，但其提升的幅度却逐次减小(xiǎo)。造成这种现象的原因是由于浸渍次数的增加，制品本身的孔隙率会逐渐减小(xiǎo)，致密性随之增大，导致浸渍剂沥青渗入到制品内部的阻力也随之越来越大，即若制品浸渍到一定程度后，制品的致密性将会很(hěn)难再得以提升。通过五焙四浸渍的工艺可(kě)将制品的體(tǐ)积密度提高到 1.79g/cm3。本文(wén)通过对浸渍工艺的基本原理(lǐ)的分(fēn)析，选用(yòng)软化点為(wèi) 80~90℃结焦值＞ 55% 的煤沥青為(wèi)浸渍剂。通过正交实验法确定最优的浸渍工艺参数温度220℃、加压 0.9MPa、保压时间為(wèi) 60min。通过相同实验因素下的对比试验，制品的體(tǐ)积密度会随着浸渍次数的增加而提升，但其提升的幅度却逐次减小(xiǎo)。通过五焙四浸渍的工艺可(kě)将制品的體(tǐ)积密度提高到1.79g/cm3。
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