本發(fā)明涉及碳化硅燒結(jié)材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于泵、冷凍器等軸封裝置的機(jī)械密封裝置，另外更加詳細(xì)闡述了使用有特定氣孔的碳化硅燒結(jié)材料，以改良滑動(dòng)特性的機(jī)械密封裝置。

背景技術(shù)：

機(jī)械密封是指由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。作為機(jī)械密封裝置的滑動(dòng)材料主要是碳制品、超硬合金、碳化硅燒結(jié)體和氧化鋁燒結(jié)體等，機(jī)械密封的摩擦副包括動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，例如動(dòng)環(huán)選用碳制品（石墨碳制品或者浸漬樹脂石墨），靜環(huán)選用氧化鋁組合使用，但是碳和碳化硅材料的組合、碳化硅和碳化硅組合使用的情況也在增加。這是因?yàn)椋褂锰蓟璧脑?，滑?dòng)面壓和轉(zhuǎn)動(dòng)周速度的積，也就是PV值可以到達(dá)臨界點(diǎn)，使得機(jī)械的高性能化、小型化成為可能。像泥漿狀液體一樣，當(dāng)粒子磨耗成為問題的時(shí)候，多使用碳化硅和碳化硅組合使用。碳化硅是高硬度、高耐腐蝕的材料，像碳制品，為六方晶體，本身沒有潤滑性，其結(jié)晶組織，基本不含有玻璃質(zhì)的結(jié)晶粒，因而有非常好的平滑性，滑動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)小時(shí)他的主要特點(diǎn)。

但是，由于鏡面摩擦緣故，碳化硅和碳化硅組合容易在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生噪音，還容易發(fā)生套口的粘著問題，而有自身潤滑性的碳制品和碳化硅組合雖然能減少噪音和粘著問題，但是有時(shí)也會發(fā)生水泡現(xiàn)象（CARBON-BLISTER）的問題。這種現(xiàn)象就是從碳制品材料的滑動(dòng)面開始出現(xiàn)斑點(diǎn)，開始形成微小的裂縫，并逐漸變成像被蟲侵蝕的現(xiàn)象，此問題光是在導(dǎo)致液體泄漏方面，就會成為密封裝置中的重大問題。

上述問題不僅發(fā)生在碳制品和碳化硅組合的情形，單單是因?yàn)閱?dòng)時(shí)發(fā)生摩擦熱，常在高度滑動(dòng)面壓下使用的碳制品材料和碳化硅的組合的情況，尤其在尋求解決這個(gè)問題的辦法。也就是說，因?yàn)閱?dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱，碳制品的表面發(fā)生膨脹，反復(fù)的收縮，因熱應(yīng)力而發(fā)生疲勞損害等。碳制品材料中的含浸樹脂熱分解，由于碳制品材料的氣孔中殘留的油的摩擦損耗而導(dǎo)致水泡等很多現(xiàn)象都需要尋求解決方法。

關(guān)于這一點(diǎn)的對策是，提高碳制品材料的強(qiáng)度，改良機(jī)械密封裝置的精度，把表面均等化，采用雙密封，采用低密度刷，實(shí)施流體冷卻（STEARM QUENCH），提高滑動(dòng)面溫度，低粘度化等等方法均被考慮，但是這些對策并不能完全解決其問題。另外，不使用碳制品材料，也有比如使用碳化硅和碳化硅一樣硬度的材料組合，在這種情況下，因?yàn)楦哂捕龋佑|的磨合運(yùn)轉(zhuǎn)少，和使用碳制品材料相比，機(jī)械精度、零部件精度以及安裝精度則需要更加嚴(yán)格的要求。

無論怎么樣，減少啟動(dòng)時(shí)的摩擦熱是解決問題的本質(zhì)，因此使用殘留金屬硅反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的方法，考慮在多孔質(zhì)碳化硅的氣孔中放入各種的固體潤滑材料，使之浸透。然而，雖然金屬硅含浸反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的咬合、發(fā)生異聲的問題比常壓的燒結(jié)碳化硅少，但是腐蝕性方面有劣勢，不能廣泛應(yīng)用；另外制造多孔質(zhì)碳化硅燒結(jié)材料，使其后含浸氟利昂油、二硫化鉬、黑鉛、碳化硼素等固體或者液體潤滑劑的方法，必須要抽去真空，含浸要實(shí)施數(shù)次，這樣也會導(dǎo)致成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種機(jī)械密封用碳化硅燒結(jié)材料，具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐磨耗性，保持較高硬度條件下，還解決了碳化硅燒結(jié)體粘著問題、啟動(dòng)咬合問題、異聲產(chǎn)生以及水泡現(xiàn)象。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

一種機(jī)械密封用碳化硅燒結(jié)材料，在細(xì)密質(zhì)碳化硅燒結(jié)制造過程中，使碳化硅燒結(jié)體生成用于儲油的若干獨(dú)立氣孔，所述獨(dú)立氣孔的孔徑范圍為10～40UM，所述獨(dú)立氣孔的氣孔率范圍為3-13%。在細(xì)密質(zhì)碳化硅燒結(jié)體制造過程中，生成用作儲油的獨(dú)立氣孔，解決滑動(dòng)時(shí)候的咬合問題和異聲問題，為了不發(fā)生碳制品材料的水泡問題所需求的氣孔特征，其要點(diǎn)是獨(dú)立氣孔的孔徑范圍為10～40UM，氣孔率范圍為3-13%。以下還給出了具有此特征的碳化硅燒結(jié)體的制備方法，以及把該燒結(jié)碳化硅用作機(jī)械密封裝置的動(dòng)環(huán)（回轉(zhuǎn)環(huán)）或靜環(huán)（固定環(huán)）等具體方式。

上述機(jī)械密封用碳化硅燒結(jié)材料的制備方法，選取平均粒度0.45uM的A型碳化硅粉末100重量份、碳化硼粉末0.8重量份、炭黑粉末2.5重量份、聚乙烯醇2.5重量份、平均粒度20uM的聚苯乙烯串珠7重量份和水11重量份，在球磨機(jī)中混合十小時(shí)，然后用噴霧干燥機(jī)使之顆粒化，再用1.5T/CM2的壓力將上述顆粒在成型壓機(jī)的模腔內(nèi)加壓成形，最后在2050℃的氬環(huán)境中燒結(jié)制得成品。這里需要說明的是：碳化硅燒結(jié)體的原料不論是A模型還是 B模型都可以適用于本發(fā)明。另外前述提到的細(xì)密質(zhì)碳化硅燒結(jié)體指的是，理論密度百分之九十五以上的燒結(jié)體。

一種機(jī)械密封裝置，包括相互回轉(zhuǎn)密封配合的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)和所述靜環(huán)使用上述的機(jī)械密封用碳化硅燒結(jié)材料制成。

一種機(jī)械密封裝置，包括相互回轉(zhuǎn)密封配合的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)使用上述的機(jī)械密封用碳化硅燒結(jié)材料制成，所述靜環(huán)使用碳制品材料、細(xì)密質(zhì)碳化硅燒結(jié)材料、硬質(zhì)合金材料、鑄鐵、或者氧化鋁燒結(jié)體制成。

一種機(jī)械密封裝置，包括相互回轉(zhuǎn)密封配合的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，所述靜環(huán)使用上述的機(jī)械密封用碳化硅燒結(jié)材料制成，所述動(dòng)環(huán)使用碳制品材料、細(xì)密質(zhì)碳化硅燒結(jié)材料、硬質(zhì)合金材料、鑄鐵、或者氧化鋁燒結(jié)體制成。

下面更進(jìn)一步詳細(xì)的闡述本發(fā)明，關(guān)于獨(dú)立氣孔，用作儲油，也就是說浸透的液體在啟動(dòng)時(shí)候因?yàn)槟Σ翢?，很容易滲出油膜，液體在短時(shí)間內(nèi)不能流出，就積壓起來，繼續(xù)的發(fā)生作用，由于對方材料的摩擦，也就是說，不發(fā)生水泡現(xiàn)象的范圍的氣孔直徑是必要的，可以發(fā)現(xiàn)平均孔徑10-40UM是適合的。平均氣孔徑不到10UM的話，啟動(dòng)時(shí)氣孔中浸透的油漬短時(shí)間內(nèi)不會出現(xiàn)在表面，另外超過40UM的話，密封會漏，如果對方材料是碳制品的話，還會極度的促進(jìn)其摩擦。

其中，氣孔孔徑的測定是根據(jù)破斷面的走查電顯觀察求出平均氣孔徑的值。

接下來，關(guān)于氣孔率，在很大程度上被認(rèn)同了積油的的作用，作為沒有變成連續(xù)氣孔的獨(dú)立氣孔的存在范圍是必要的，全氣孔率是在3-13%的范圍內(nèi)是適合的，不足3%的積油的看不到積油的效果，超過13%強(qiáng)度大大下降的同時(shí)，也成為漏油的原因，成為連續(xù)氣孔的可能性變強(qiáng)。全孔氣率是根據(jù)碳化硅的比重求出的全開氣孔和全閉氣孔的和。

碳化硅燒結(jié)的情況的最合適的氣孔孔徑和氣孔率的范圍和碳化硅燒結(jié)體不一樣。另外，關(guān)于氣孔的形狀，母材的碳化硅燒結(jié)體是典型的硬質(zhì)材料，為了避免應(yīng)力集中，需要圓圓的形狀，這里圓圓的形狀的是指，邊緣不要是把應(yīng)力集中在一處的，是需要柔滑的曲線率的氣孔的形狀。

關(guān)于碳化硅燒結(jié)體中氣孔導(dǎo)入的方法，大致的區(qū)別是在燒結(jié)體原料配合物中加入球狀有機(jī)物，燒結(jié)過程中，根據(jù)分解，升華使氣孔生成的方法；和根據(jù)改變燒結(jié)的各個(gè)材料阻礙細(xì)密化，使氣孔殘留的方法。后者的方法，有比如顆粒的燒結(jié)原料的混入，燒結(jié)助劑的減量，升溫速度的增減，最高保持溫度的低下，最高保持溫度的減少等方法，根據(jù)這些方法造出來的氣孔的形狀，一般圓圓的形狀的比較少，所以稱不上是能成為連續(xù)氣孔的合適的方法。

前面一種方法，能比較容易的得到圓圓的形狀，在這種情況下的有機(jī)物，如果初期的形狀有圓圓的話，是比較好的。如果考慮根據(jù)水媒體的原料配合物的球磨機(jī)混合，根據(jù)噴霧干燥的顆?；浼庸に畨夯蛘呓鹦蛪赫C(jī)的工序的話，添加有機(jī)物在水中不溶解，需要在噴霧干燥時(shí)不軟化流動(dòng)程度的耐熱性，合成或者天然的高分子化合物要適當(dāng)，比如說根據(jù)如乳化重合的聚苯乙烯串珠，球狀淀粉粒，紙漿質(zhì)球體是非常合適的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果為：根據(jù)本發(fā)明，可以在較高的PV值下使用碳化硅和碳制品材料的組合或者碳化硅和碳化硅的組合的機(jī)械密閉裝置，不會發(fā)生異聲、粘合、咬合以及水泡問題，能有效使用。此發(fā)明有優(yōu)秀的耐腐蝕性，耐磨耗性，一定程度上維持了較高的硬度。

具體實(shí)施方式

以下具體闡述說明本發(fā)明的具體實(shí)施的例子。

實(shí)施例1：選取平均粒度0.45uM的A型碳化硅粉末100重量份、碳化硼粉末0.8重量份、炭黑粉末2.5重量份、聚乙烯醇2.5重量份、平均粒度20uM的聚苯乙烯串珠7重量份和水11重量份，造出40%濃度的泥漿，在球磨機(jī)中混合十小時(shí)，然后用噴霧干燥機(jī)使之顆粒化，再用1.5T/CM2的壓力將上述顆粒在成型壓機(jī)的模腔內(nèi)加壓成形，最后在2050℃的氬環(huán)境中燒結(jié)制得成品。

該機(jī)械密封用碳化硅燒結(jié)材料，在細(xì)密質(zhì)碳化硅燒結(jié)制造過程中，使碳化硅燒結(jié)體生成用于儲油的若干獨(dú)立氣孔，所述獨(dú)立氣孔的孔徑范圍為10～40UM，所述獨(dú)立氣孔的氣孔率范圍為3-13%。體積的比重是通過水置換法，全氣孔率是，按照碳化硅的理論密度3.21G/CM3來計(jì)算求出的。尺寸規(guī)格外徑30MM?,內(nèi)徑24MM?,厚度8MM摩研加工，一面用磨光輪潤飾，Rmax=0.05um。

比較例1：沒有添加聚苯乙烯串珠，其余與實(shí)施例1相同。

作為機(jī)械密閉裝置的滑動(dòng)材料，使用呋喃樹脂含浸碳制品材料和實(shí)施例1的碳化硅燒結(jié)體的情況，以及使用呋喃樹脂含浸碳制品材料和比較例1的碳化硅燒結(jié)體的情況，兩種情況下是否會發(fā)生水泡進(jìn)行了試驗(yàn)。

試驗(yàn)的條件是：C重油在壓力10KG/CM2的情況下，在循環(huán)的泵式的試驗(yàn)機(jī)中，用軸徑40MM?，滑動(dòng)回轉(zhuǎn)數(shù)N=3000R.P.M運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，停止5分鐘的斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)來測試。

水泡是高粘度流體，運(yùn)轉(zhuǎn)停止的次數(shù)多，PV值高的話，相對在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生水泡更普遍，使用實(shí)施例1中的燒結(jié)體，100小時(shí)，也就是即使是300次的斷續(xù)運(yùn)作水泡也不會發(fā)生。

另一個(gè)方面，比較例1中使用的燒結(jié)體，在5小時(shí)后，也就是15次的斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，會發(fā)現(xiàn)泄漏，去分解，解體一下試驗(yàn)器的滑動(dòng)材料部分，發(fā)現(xiàn)碳制品材料的滑動(dòng)面有5個(gè)發(fā)生了水泡現(xiàn)象。

由此可知本發(fā)明在防止水泡現(xiàn)象方面有卓越的效果。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。