等静压石墨密封材料的浸渍工艺分析研究
发布时间：2020-08-31 点击次数：4743
浸渍石墨材料越来越多地应用于动密封领域。浸渍就是将浸渍物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。浸渍石墨材料可以分为浸渍树脂石墨和浸渍金属石墨。浸树脂石墨可获得较高的密度，但其使用温度低，高温摩擦磨损性能较差，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会被分解成气体逸出，因此，焙烧后的制品内部会形成许多大小不一的气孔。如此大量气孔的存在，必将会对焙烧后制品的各项性能造成非常不利的影响，例如：降低制品的密度，导致制品的电阻率上升，机械强度下降等。为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，以便有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两个，其一是选取的浸渍剂本身的固有性质影响；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，其自身所固有的性质会直接影响焙烧后制品的机械强度、化学以及热稳定性等性能，综合所查阅的文献，对于浸渍剂的选取一般来讲有如下三点要求 [8-9]：⑴必须具有良好的化学稳定性、流动性以及拥有比较容易浸入炭材料孔隙的性质。⑵必须具有较为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了较为充分的认识，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，如何更为有效的改善浸渍工艺也是目前一项亟待解决的问题。本文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，浸渍用煤沥青。本文所采用的浸渍沥青其性能指标如表 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。因此本论文釆用正交实验来解决这个试验次数过多的问题。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体积密度确定为考查指标，由此可得正交试验表。
由上表中的极差大小分析可知：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析可以得出最优的方案是 A3B3C1。经过试验验证体积密度为 1.68g/cm3。此结果相比较与试验试验结果几乎一致。综上，我们选择用时较少的方案由此，我们最终确定的浸渍工艺参数为温度 220℃、加压 0.9MPa、保压时间为 60min。对于生产等静压石墨产品来说，一次浸渍后产品所拥有的性能是远远没有达到等静压石墨产品所应该拥有的性能要求的，因此，为提高等静压石墨产品的各项性能指标，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。此种方法是目前为了提高等静压石墨产品的性能所采用的较为广泛的一种方法。也叫多次浸渍 - 焙烧工艺。浸渍的次数越多，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为浸入的沥青会在二次或者多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、导热导电性等性能也相应会随之提高。由于碳材料各项性能的相关性，多次浸渍 - 焙烧后制品效果以制品的体积密度为例说明，通过上述冷等静压生坯焙烧以及多次焙烧所制定的工艺曲线在相同的工艺条件下分别制备二焙一浸、三焙二浸、四焙三浸、五焙四浸的制品，测得其体积密度变化如下表 4 所示。由表四数据分析可知，制品的体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。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，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难再得以提升。通过五焙四浸渍的工艺可将制品的体积密度提高到 1.79g/cm3。本文通过对浸渍工艺的基本原理的分析，选用软化点为 80~90℃结焦值＞ 55% 的煤沥青为浸渍剂。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、保压时间为 60min。通过相同实验因素下的对比试验，制品的体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。通过五焙四浸渍的工艺可将制品的体积密度提高到1.79g/cm3。
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