专利名称：一种燃烧室密封用炭石墨复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及炭石墨复合材料，具体为一种燃烧室密封用炭石墨复合t才料及其 制备方法。
背景技术：
我国船舶工程中的某些动力装置通常由发动机、燃烧室、海水泵等分系统组 成。工作过程中針分系统都必须安全可靠，才能确保齡动力装置的正常运转。 燃烧室的主要功能是向发动机输送高温、高压燃气，燃烧室有两个浸树脂石墨密
封环，其中用于密封海水的密封环工作压力为1 MPa，用两浸两固管状毛坯料加 工的密封环可满足使用要求。密封燃料的密封环工作压力高达34MPa，必须用两 浸两固后的管状毛坯加工为成品密封环后，再进行第三次浸渍、固化，然后直接 压装入金属保护圈，才能100。/。的通过34MPa7jC压、20分钟无泄漏的强度考核。 X寸燃烧室密封环的使用要求是连续使用十次以上，每次必须安全工作1250秒。
发明内容
本发明目的在于劍共一种能在战剝牛下工作的燃烧室密封用炭石墨复合材 料及其制备方法，并满足船舶工程中燃烧室使用要求的材料，该材料具有优良的 润滑、密封、耐磨、耐海水及燃料腐蚀和强度高等综合性能，并且成機低。
本发明的技术方案是
本发明提供了一种燃烧室密封用炭石墨复合材料，该材料由炭石M体浸呋 喃树脂构成，呋喃树脂的重量百分比为5-10%，其中的炭石墨基体选用细结构、 高密、高强、中等石墨化程度的炭石墨材料，要求体积密度1.80-1.84g/cm3、抗折 强度〉50MPa，抗压强度〉70MPa，灰分含量〈0.5。/。wt，石墨化禾號50~60%，炭 石墨粒度为10-50|am。
本发明还提供了±^燃烧室密封用浸呋喃树脂炭石墨复合材料的制备方法， 将炭石墨基体放入浸渍罐，抽真空到130 150Pa后保持20 40分钟，然后吸入呋 喃树脂，用氮气或压縮空气加压到l 1.4MPa，保压6~10小时，卸压取出后M^掉管状炭石墨基体表面的树脂，在自然通风^(牛下晾干24^48小时。将上述管状 炭石墨基体放入固化耀，保温、保压完成后，断电随炉降温降JBg5(TC以下取出。 车加工扒掉树脂硬壳后，再按，工艺进行第二次浸渍、固化，即可用于加工燃 烧室密封海水的密封环。
将管状炭石墨基体放入固化罐后，固化工艺为
室温 120。C， 5 10。C/小时；120 150°C， 1(K20。C/小时；150 180°C， 20 30°C/ 小时，在18(TC保温2 3小时；在上述各温度范围罐内压力均维持在l 1.5MPa。
本发明燃烧室密封用炭石墨复合材料中所使用的细结构石墨可以市场订购， 也可用沥青焦为原料，经多次浸渍沥青和焙烧，最后在200(K230(TC石墨化处理获得。
本发明还提供了燃烧室密封燃料的密封环用浸呋喃树脂炭石墨复合材料的制 备方法，将战两浸两固(两次浸渍和固化)后的管状毛坯加工成密封环成品件， 再经过第三次浸渍、固化，然后直接装配。
本发明的有益效果是
1、 本发明制备的材料具有优良的润滑、密封、耐磨、耐海水腐蚀和强度高等 综合性能，并且制造成*^低，满足了燃烧室海7K密封环的使用要求。
2、 用本发明提供的材料制备燃烧室燃丰 封环，可连续使用十次以上，每次 安全工作1250秒，完全满足了燃烧室的使用要求，100%的通过了在34 MPa水 压下20分钟无泄漏强度考核。
具体实1 式 实施例1
用细结构MSL-IV炭石墨加工成所需开沐的炭石墨管10个，炭石墨管外径为 30mm，壁厚为8mm，用水作介质超声清洗后在11(TC的烘箱中烘干1小时，再 石S^体方iA浸渍罐，抽真空到133Pa保持30分钟，吸入呋喃树脂再用压縮空气 加压到1.2 MPa，保压6小时后卸压取出后,掉管状炭石墨基体表面的树脂， 在通风良好的空气中自然晾干24小时。然后放入固化罐，按如下工艺固化室温 120°C，升温速度5 10。C/小时；12(K150。C，升温速度10 20。C/小时；150~180°C， 升温速度20 3(TC/小时，在180。C保温2 3小时。在以上》鹏范围，罐内压力维 持在l 1.5MPa。保温、保压结束后，断电随炉降温降压至5(TC以下取出。车加 工扒掉树脂硬壳后，再重复上述浸渍、固化工艺一次，可用于燃烧室海水密封环。燃烧室燃茅聰封环是用上述两浸两固后的管状毛坯加工到成品尺寸，再经过第三 次浸渍、固化，然后直接装配。该复合材料由炭石墨基條渍呋喃树脂构成，呋 喃树脂的重量百分比为8%，本实施例采用糠醇树脂，用涂4号杯测量呋喃树脂 的粘度值为50秒。
制备出材料的体积密度〉1.96g/cm3、抗折强度〉60MPa，抗压强度〉130MPa， 肖氏硬度65~75，开口气 L率〈1%用该材料加工的密封环在燃烧室实际使用中已 超过10次，每次工作1250秒。
比较例
用上海碳素厂生产的高强、高密、高纯SMF-650石墨加工的10根燃烧室密 封用管状毛坯，采用和上述实施完全相同的浸渍、固化加工工艺制备出的材料的 密度^1.96g/cm3，抗折强度40 50MPa，抗压强度100 110MPa，肖氏硬度40 50， 用该材料加工的燃烧室密封环，在实际上考核中，经常出现石墨密封面磨损，如 犁沟、掉±央等，其原因与选择的基#+才料的硬度、强度偏低，石墨化程度偏高， 材质软有关。
实施例2
与实施例1不同之处在于
用水作介质超声清洗后在ll(TC的烘箱中烘干1小时，再石難体放入浸渍 耀，抽真空到140Pa保持40分钟，吸入呋喃树脂再用压縮空气加压到1.4MPa， 保压8小时后卸压取出后,掉管状炭石M体表面的树脂，在通风良好的空气 中自然晾干36小时。然后方j(A固化罐，按如下工艺固化室温 12(TC，升温速 度5 10。C/小时；120~150°C，升温速度10 2(TC/小时；150 180°C，升温速度 20 3(TC/小时，在180'C保温2 3小时。在以上鹏范围，罐内压力维持在1 1.5 MPa。保温、保压结束后，断电随炉降温降压至5(TC以下取出。车加工扒掉树脂 硬壳后，再重复上述浸渍、固化工艺一次，可用于燃烧室海水密封环。燃烧室燃 茅膽封环是用上述两浸两固后的管状毛坯加工到成品尺寸，再经过第三次浸渍、 固化，然后直接装配。该复合材料由炭石 #^渍呋喃树脂构成，呋喃树脂的 重量百分比为5%，本实施例采用糠醇树脂，用涂4号杯测量呋喃树脂的粘度值 为20秒。
制备出材料的体积密度〉1.96g/cm3 、抗折强度〉60MPa，抗压强度〉130MPa， 肖氏硬度65 75，开口气孑匕率<1%用该材料加工的密封环在燃烧室实际使用中已
6超过10次，每次工作1250秒。 实施例3
与实施例1不同之处在于
用7jC作介质超声清洗后在ll(TC的烘箱中烘干1小时，再石難体放入浸渍 罐，抽真空到150Pa保持20 ^!中，吸入呋喃树脂再用氮气加压到1 MPa，保压 10小时后卸压取出后皿掉管状炭石,体表面的树脂，在通风良好的空气中自 然晾干48小时。然后方M固化罐，按如下工艺固化:室温 12(TC，升温速度5 10°C/ 小时；120 150°C，升温速度10 20。C/小时；15(M80。C，升温速度20 30。C/小时， 在18(TC保温2 3小时。在以上温度范围，罐内压力维持在l 1.5MPa。保温、保 压结束后，断电随炉降温降压至5(TC以下取出。车加工扒掉树脂硬壳后，再重复 ，浸渍、固化工艺一次，可用于燃烧室海水密封环。燃烧，舉瞎封环是用上 述两浸两固后的管状毛坯加工到成品尺寸，再经过第三次浸渍、固化，然后直接 装配。该复合材料由炭石墨基体浸渍呋喃树脂构成，呋喃树脂的重量百分比为 10%，本实施例采用糠醇树脂，用涂4号杯观懂呋喃树脂的粘度值为70秒。
制备出材料的体积密度〉1.96g/cm3、抗折强度〉60MPa，抗压强度〉130MPa， 肖氏硬度65 75，开口气孑L率〈l。/。用该材料加工的密封环在燃烧室实际使用中已 超过10次，每次工作1250秒。
权利要求
1、一种燃烧室密封用炭石墨复合材料，其特征在于该复合材料由炭石墨基体浸渍呋喃树脂构成，呋喃树脂的重量百分比为5-10％。
2、 按照权利要求1所述的燃烧室密封用炭石墨复合材料，其特征在于炭石 M体选用细结构、高密、高强、中等石墨化f，的炭石墨材料，要求体积密度 1.80-1.84g/cm3、抗折强度〉50MPa，抗压强度〉70MPa，灰分含量<0.5%，石墨 化程度50~60%，炭石墨粒度为10-50,
3、 按照权利要求1所述的燃烧室密封用炭石墨复合材料，其特征在于用涂 4号杯测量呋喃树脂的粘度值为20-70秒。
4、 一种权利要求i戶; ^M烧室密封用炭石墨复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下(1) 将车加工好的管状炭石難体进行超声清洗，除掉表面及 L隙中的炭石 墨粉尘后烘干；(2) 再将管状炭石M体方JCA浸渍罐，抽真空到D0 150Pa后保持2CK40她(3) 然后吸入呋喃树脂，用氮气或压縮空气加压到1 1.4 MPa，保压6~10 小时，卸压取出后擦拭掉管状炭石墨基体表面的树脂，在自然通风条件下晾干 24^48小时；(4) 将，管^石M^体方M固化罐，保温、保压完成后，断电随炉降温 降压至5(TC以下取出；(5) 车加工扒掉树脂硬壳后，再按战工艺进行第二次浸渍、固化，即可用 于加工燃烧室密封海水的密封环。
5、 按照权利要求4所述燃烧室密封用炭石墨复合材料的制备方法，其特征在 于所述细结构、高密、高强、中等石墨化程度的炭石墨以沥青焦为原料，经多 次浸渍沥青和i:皆烧，最后在2000 2300。C石墨化处理而获得。
6、 按照权利要求4所述燃烧室密封用炭石墨复合材料的制备方法，其特征在 于将管状炭石墨基体放入固化罐后，固化工艺为室温 120。C， 5 10。C/小时；120 150°C， 10 20。C/小时；150 180°C， 20 30°C/小时，在18(TC保温2 3小时，在战各鹏范围罐内压力均维持在l 1.5MPa。
7、按照权利要求4所述燃烧室密封用炭石墨复合材料的制备方法，其特征在 于:将_ 两次浸渍和固化后的管状毛坯加工淑然烧室密封燃料用密封环成品件， 再经过第三次浸渍、固化，然后直驟配。
全文摘要
本发明涉及炭石墨复合材料，具体为一种燃烧室密封用炭石墨复合材料及其制备方法。复合材料由炭石墨基体浸渍呋喃树脂构成，呋喃树脂的重量百分比为5-10％。将炭石墨基体放入浸渍罐，抽真空后吸入呋喃树脂，用氮气或压缩空气加压后取出，擦拭掉炭石墨表面的树脂，晾干。再将上述浸渍过的炭石墨放入固化罐中升温固化。车加工扒掉树脂硬壳后，再按上述工艺进行第二次浸渍、固化。对于燃烧室密封环则必须将两浸两固后的管状毛坯按照成品尺寸精度的要求加工为成品密封环，再进行第三次浸渍、固化，然后直接压装入金属保护圈。本发明制备的材料具有优良的润滑、密封、耐磨、耐海水腐蚀和强度高等综合性能，满足了燃烧室密封环的使用要求。
文档编号C09K3/10GK101451059SQ200710158760
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者令狐喜欢, 吴峻峰, 周序科, 周金玉, 巴力学, 张海鹰, 徐红军, 成会明, 杜海峰, 牛鸿磊, 朔 白, 川 罗, 赵卫兵, 赵金福 申请人:中国科学院金属研究所