專利名稱：高耐熱膨脹石墨板材及高耐熱排氣墊片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種非常適合用于引擎排氣墊片的膨脹石墨板材以及排氣墊片。
現(xiàn)有技術(shù)公知的膨脹石墨是采用文件一所述的方法來制造，例如是以硫酸、硝酸和磷酸(其為中間插入劑(intercalating agent)且制備成固態(tài)或溶液態(tài))來處理天然石墨，以形成嵌入中間插入劑的石墨顆粒，其經(jīng)由雷射熱處理，可以沿著C軸(垂直)成長加壓，形成預(yù)定的膨脹石墨板材。將前述膨脹石墨板材制成排氣墊片時(shí)，膨脹石墨板材會被切斷并加壓塑形。
國際公開號WO01/05703通常，使用排氣墊片的溫度環(huán)境為攝氏600-700度，然而，公知的膨脹石墨在大約攝氏500度即會氧化，因此，公知膨脹石墨制成的排氣墊片使用在攝氏600度或更高溫的環(huán)境下，將因?yàn)檠趸?，而無法顯現(xiàn)出良好的密封效果。
因此，目前正積極發(fā)展一種在攝氏600-700度的高溫環(huán)境下能具有高耐熱性的膨脹石墨。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種高耐熱膨脹石墨，以避免上述公知膨脹石墨板材所制成的排氣墊片在密封時(shí)效能不佳的問題。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種高耐熱膨脹石墨板材，其包括膨脹石墨，其作為主成分以及無機(jī)耐熱顆粒，其中膨脹石墨為主成分，而無機(jī)耐熱顆粒是選自于硼化鋁(AlB2及/或AlB12)、硼化硅(Si1B6)、氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)及硼化磷(PB)所組成的族群至少其中之一。
在本發(fā)明實(shí)施例中，可確知上述耐熱膨脹石墨板材在攝氏600度或更高的溫度下具有高耐熱性。本發(fā)明并未界定膨脹石墨板材的高耐熱性，但當(dāng)無機(jī)熱膨脹顆粒是由選自于硼化鋁(AlB2及/或AlB12)、硼化硅(Si1B6)、氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)及硼化磷(PB)所組成的族群至少其中之一所制成時(shí)，在環(huán)境溫度升高到攝氏600度或更高的溫度下，無機(jī)熱膨脹顆粒會熔化、分散，而形成覆蓋石墨顆粒的玻璃膜，由于波離膜能阻擋氧，因此可防止石墨顆粒氧化。故，本發(fā)明的膨脹石墨板材可以避免氧化。
本發(fā)明的耐熱膨脹石墨制作成的排氣墊片在高溫的環(huán)境下的壽命較長且沒有氧化。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，膨脹石墨的含量為90-99wt％，無機(jī)耐熱顆粒的含量為1-10wt％。膨脹石墨板材中的無機(jī)耐熱顆粒含量超過10wt％，膨脹石墨板材的耐熱性不但不會增加，但會破壞其可撓性(flexibility)?；诖它c(diǎn)，無機(jī)耐熱顆粒的含量以1-10wt％較佳。


圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的膨脹石墨板材的示意圖。
圖2繪示依照本發(fā)明的膨脹石墨板材所制成的排氣墊片以及公知的膨脹石墨板材所制成的排氣墊片的耐熱性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖3繪示依照本發(fā)明的膨脹石墨板材所制成的排氣墊片以及公知的膨脹石墨板材所制成的排氣墊片的耐久性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖4(a)繪示將進(jìn)行耐久實(shí)驗(yàn)的排氣墊片的平面示意圖。
圖4(b)繪示進(jìn)行耐久實(shí)驗(yàn)的說明圖。
圖5繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的膨脹石墨板材的示意圖。
主要組件符號說明
1膨脹石墨層2無機(jī)耐熱顆粒層3膨脹石墨4無機(jī)耐熱顆粒5排氣墊片6排氣歧管7排氣導(dǎo)管8觸媒轉(zhuǎn)換器6氣體燃燒器具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
本發(fā)明將配合圖標(biāo)詳細(xì)說明如下。圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的膨脹石墨板材的示意圖。標(biāo)記1表示膨脹石墨層，標(biāo)記2表示無機(jī)耐熱顆粒層。
在實(shí)施例中，耐熱膨脹石墨板材包括膨脹石墨層1以及包夾在膨脹石墨層1之間的無機(jī)耐熱顆粒層2。圖1所示的耐熱膨脹石墨板材的制造方法，是先制備一般的膨脹石墨板材，然后，再將無機(jī)耐熱顆粒堆迭在一般的膨脹石墨板材上，其中無機(jī)耐熱顆粒是由選自于硼化鋁(AlB2及/或AlB12)、硼化硅(Si1B6)、氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)及硼化磷(PB)所組成的族群至少其中之一所制成。之后，再于無機(jī)耐熱顆粒迭上另一層一般的膨脹石墨板材。然后，將所形成的積層板加壓，亦即對無機(jī)耐熱顆粒層以及膨脹石墨層加壓，以形成預(yù)定的三層結(jié)構(gòu)的膨脹石墨板材。無機(jī)耐熱顆粒層2對膨脹石墨層1的含量比在1-10wt％之間，且膨脹石墨層1的殘留含量比例(residual content ratio，Bal)在90-99wt％之間。
圖2繪示依照本發(fā)明及公知膨脹石墨板材所制成的排氣墊片的耐熱性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。進(jìn)行耐熱實(shí)驗(yàn)有A-E個(gè)樣品。樣品A為本發(fā)明的一種膨脹石墨板材，其無機(jī)耐熱顆粒層2是以含量為5wt％的氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)制成，且氧化鋅硼酸中的結(jié)晶水加熱去除。樣品B(在實(shí)例1之后)為本發(fā)明的一種膨脹石墨板材，其無機(jī)耐熱顆粒層2是以含量為10wt％的氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)制成，且氧化鋅硼酸中的結(jié)晶水加熱去除。樣品C為本發(fā)明的一種膨脹石墨板材，其無機(jī)耐熱顆粒層2是以含量為5wt％的氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)制成。樣本D為本發(fā)明一種膨脹石墨板材，其無機(jī)耐熱顆粒層2是以含量為10wt％的氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)制成。樣品E為一種公知的石墨板材。
耐熱(抗氧化)實(shí)驗(yàn)是在攝氏750度持續(xù)供應(yīng)空氣的環(huán)境下進(jìn)行2小時(shí)。其結(jié)果如圖2所示，樣品A-D重量的減少比例幾乎是樣品E的一半。因此，可確知樣品A-D在低于750度的攝氏600-700度的溫度下具有高耐熱性。
表1是繪示本發(fā)明及公知膨脹石墨板材所制成的排氣墊片的耐熱性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本發(fā)明的膨脹石墨板材的耐熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1例1-20所示；公知的膨脹石墨板材的耐熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1比較例所示。例1-20中的無機(jī)耐熱顆粒是選自于表1所示的硼化鋁(AlB2)、硼化硅(SiB6)、氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)及硼化磷(PB)所組成的族群中的至少一種成分。表1的耐熱實(shí)驗(yàn)條件與上述的方法相同。表1的結(jié)果顯示，本發(fā)明的例1-20的膨脹石墨板材相較于比較例的公知的膨脹石墨板材具有較高的耐熱性。
表1

圖3是繪示例1的膨脹石墨板材所制成的排氣墊片以及公知的石墨膨脹石墨板材所制成的排氣墊片的耐久性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在耐久性實(shí)驗(yàn)中，排氣墊片5是由圖4(a)的膨脹石墨板材制成。耐久性實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其排列方式如圖4(b)所示，其中排氣歧管(exhaust manifold)6、排導(dǎo)管(exhaust pipe)7及觸媒轉(zhuǎn)換器8其彼此連接，以構(gòu)成汽車引擎的排氣裝置。在此例中，排氣墊片5插在排氣歧管6及排氣導(dǎo)管7之間，且氣體燃燒器6可吹出火焰送至排氣歧管6之中，而將排氣墊片5加熱至約為攝氏600度。最大壓力為0.34MPa的空氣送入排氣歧管6及排氣導(dǎo)管7時(shí)，蓋子將迅速密封蓋住排氣墊片5，藉以檢查排氣墊片5的密封極限壓力。
如圖3所示，公知膨脹石墨制成的排氣墊片的密封極限壓力在實(shí)驗(yàn)的360小時(shí)內(nèi)幾乎為0MPa，但，相對地，例1的膨脹石墨制成的排氣墊片的密封極限壓力在實(shí)驗(yàn)的80小時(shí)內(nèi)持續(xù)增加，且即使實(shí)驗(yàn)持續(xù)500小時(shí)期間的最大壓力仍可維持在0.34MPa。因此，由此可確知以本發(fā)明的膨脹石墨板材制成的排氣墊片具有高耐熱性。
因此，以本發(fā)明的膨脹石墨板材制成的排氣墊片可用于高溫的汽車引擎中，其可延長排氣墊片的耐久性而不會氧化。而且，特別是上述的排氣墊片，由于膨脹石墨板材中的無機(jī)耐熱顆粒的含量在1-10wt％之間，膨脹石墨板材的膨脹石墨的含量為90-99wt％，因此，所形成的膨脹石墨板材具有足夠的可撓性，故，可以避免模制排氣墊片時(shí)破壞的情形發(fā)生，因此可以簡化排氣墊片的處理程序。
圖5繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的膨脹石墨板材的示意圖。圖式中的標(biāo)記3表示膨脹石墨，標(biāo)記4表示無機(jī)耐熱顆粒。在圖5所示的膨脹石墨板材中，無機(jī)耐熱顆粒4分散于膨脹石墨3中。而圖2所示的膨脹石墨板材的制造方法，則以普通的方法制成膨脹石墨3，并將選自于硼化鋁(AlB2及/或AlB12)、硼化硅(Si1B6)、氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)及硼化磷(PB)所組成的族群至少其中之一所制成的無機(jī)耐熱顆粒4分散于膨脹石墨3之中。然后，再對所形成的結(jié)構(gòu)加壓，以形成預(yù)定的膨脹石墨板材。無機(jī)耐熱顆粒4對于膨脹石墨層1的含量比例在1-10wt％之間，而膨脹石墨3的殘留含量比例(ba 1)在90-99wt％之間。
圖5的膨脹石墨板材顯示具有和圖1相同的功用和效果。在這一些實(shí)施例中，硼化鋁可以是AlB2之外，也可以是AlB12。在此例中，其具有相同的功用和效果。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾。
例如，將無機(jī)耐熱顆粒分散于膨脹石墨中，以形成以無機(jī)耐熱顆粒迭成的無機(jī)耐熱顆粒分散層。此外，本發(fā)明的膨脹石墨板材可應(yīng)用于排氣墊片以外之處。
因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種高耐熱膨脹石墨板材，包括膨脹石墨，其作為主成分；以及無機(jī)耐熱顆粒，其是選自于硼化鋁(AlB2及/或AlB12)、硼化硅(SilB6)、氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)及硼化磷(PB)所組成的族群至少其中之一。
2.如權(quán)利要求1所述的高耐熱膨脹石墨板材，其特征為該膨脹石墨的含量為90-99wt％，且該無機(jī)耐熱顆粒的含量為1-10wt％。
3.如權(quán)利要求1所述的高耐熱膨脹石墨板材，其特征為該膨脹石墨是制成層狀，且該無機(jī)耐熱顆粒是制成層狀，以使得無機(jī)耐熱顆粒所制成的無機(jī)耐熱顆粒層夾于該膨脹石墨所制成的膨脹石墨層之中。
4.如權(quán)利要求1所述的高耐熱膨脹石墨板材，其特征為該無機(jī)耐熱顆粒分散于該膨脹石墨之中。
5.如權(quán)利要求1所述的高耐熱膨脹石墨板材，其特征為該無機(jī)耐熱顆粒被熔化分散以覆蓋該膨脹石墨。
6.如權(quán)利要求1所述的高耐熱膨脹石墨板材，其特征為該膨脹石墨板材在加熱條件下的密封極限壓力隨著時(shí)間而增加。
7.一種高耐熱排氣墊片，其包括一高耐熱膨脹石墨板材，該膨脹石墨板材包括膨脹石墨，其作為主成分；以及無機(jī)耐熱顆粒，其是選自于硼化鋁(AlB2及/或AlB12)、硼化硅(SilB6)、氧化鋅硼酸(2ZO·3B2O3·3.5H2O)及硼化磷(PB)所組成的族群至少其中之一。
8.如權(quán)利要求7所述的高耐熱排氣墊片，其特征為該膨脹石墨板材的該膨脹石墨的含量為90-99wt％，且該膨脹石墨板材的該無機(jī)耐熱顆粒的含量為1-10wt％。
9.如權(quán)利要求7所述的高耐熱排氣墊片，其特征為該膨脹石墨板材的該膨脹石墨是制成層狀，且該膨脹石墨板材的該無機(jī)耐熱顆粒是制成層狀，以使得無機(jī)耐熱顆粒所制成的無機(jī)耐熱顆粒層夾于該膨脹石墨所制成的膨脹石墨層之中。
10.如權(quán)利要求7所述的高耐熱排氣墊片，其特征為該膨脹石墨板材的該無機(jī)耐熱顆粒分散于該膨脹石墨板材的該膨脹石墨之中。
11.如權(quán)利要求7所述的高耐熱排氣墊片，其特征為該膨脹石墨板材的該無機(jī)耐熱顆粒被熔化分散以覆蓋該膨脹石墨板材的該膨脹石墨。
12.如權(quán)利要求7所述的高耐熱排氣墊片，其特征為該膨脹石墨板材在加熱條件下的密封極限壓力隨著時(shí)間而增加。
全文摘要
一種高耐熱膨脹石墨板材，其包括膨脹石墨以及無機(jī)耐熱顆粒，其中膨脹石墨為主成分，而無機(jī)耐熱顆粒是選自于硼化鋁(AlB
文檔編號C04B35/536GK1644965SQ200510002338
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者中嶋好一, 小池信太郎, 濱田義明, 市尾幸洋, 村上康則, 佐藤奈緒子, 田畑勝宗, 白石隆 申請人:日本利克雷斯工業(yè)株式會社, 本田技研工業(yè)株式會社