本發明涉及碳化硅密封件，具體地，涉及高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件及其加工方法。
背景技術：
：泵密封件是泵中的重要組成部分，主要起到密封的作用。由于泵的特殊性，密封件不僅要有優異的密封性能，同時還要求優異的力學性能。除了一般的泵，還涉及化工泵，化工泵(不銹鋼材質)廣泛用于石油、化工、冶金、合成纖維、制藥、食品、合成纖維等部門用于輸送腐蝕介質，在這種泵中，密封件還需要具有優異的耐腐蝕性能；但是現有的泵密封件難以同時具有優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性。技術實現要素：本發明的目的是提供一種高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件及其加工方法，通過該方法制得的碳化硅密封件具有優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，同時加工方法具有工序簡單，易于操作的優點。為了實現上述目的，本發明提供了一種高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件的加工方法，包括：1)將碳化硅、硼砂、碳納米管和偶聯劑進行初步混合以制得混合物I；2)將混合物I、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水進行二次混合，接著進行研磨、噴霧造粒以制得霧化料；3)將霧化料置于密封件模具中進行壓制以制得密封件坯，接著進行第一次焙燒、冷卻以制得半成品密封件，然后將半成品密封件進行第二次焙燒、冷卻以制得高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件；其中，相對于100重量份的碳化硅，硼砂的用量為3-7重量份，碳納米管的用量為0.5-2.5重量份，偶聯劑的用量為5-12重量份，膨潤土的用量為150-200重量份，氧化釤的用量為15-22重量份，白鎢礦粉的用量為30-47重量份，氧化鋁粉的用量為9-18重量份，鋅粉的用量為4-10重量份，鎢粉的用量為1.5-3重量份，碳酸鍶的用量為10-16重量份，丁苯橡膠的用量為25-29重量份。本發明還提供了一種高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件，該高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件通過上述的加工方法制備而得。在上述技術方案中，本發明提供的加工方法通過各原料以及各步驟的協同作用使制得的碳化硅密封件具有優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，同時加工方法具有工序簡單，易于操作的優點。本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。本發明提供了一種高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件的加工方法，包括：1)將碳化硅、硼砂、碳納米管和偶聯劑進行初步混合以制得混合物I；2)將混合物I、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水進行二次混合，接著進行研磨、噴霧造粒以制得霧化料；3)將霧化料置于密封件模具中進行壓制以制得密封件坯，接著進行第一次焙燒、冷卻以制得半成品密封件，然后將半成品密封件進行第二次焙燒、冷卻以制得高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件；其中，相對于100重量份的碳化硅，硼砂的用量為3-7重量份，碳納米管的用量為0.5-2.5重量份，偶聯劑的用量為5-12重量份，膨潤土的用量為150-200重量份，氧化釤的用量為15-22重量份，白鎢礦粉的用量為30-47重量份，氧化鋁粉的用量為9-18重量份，鋅粉的用量為4-10重量份，鎢粉的用量為1.5-3重量份，碳酸鍶的用量為10-16重量份，丁苯橡膠的用量為25-29重量份。在上述加工方法中，水的用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，相對于100重量份的碳化硅，水的用量為300-500重量份。在上述加工方法的步驟1)中，初步混合的具體條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，在步驟1)中，初步混合至少滿足以下條件：混合溫度為15-35℃，混合時間為2-4h。在上述加工方法的步驟1)中，偶聯劑的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，在步驟1)中，偶聯劑選自偶聯劑KH550、偶聯劑KH560、偶聯劑KH570和偶聯劑KH792中的至少一者。在上述加工方法的步驟2)中，二次混合的具體條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，在步驟2)中，二次混合至少滿足以下條件：混合溫度為45-65℃，混合時間為2-4h。在上述加工方法的步驟2)中，研磨后的混合物中的固體顆粒的粒徑可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，在步驟2)中，研磨后的混合物中的固體顆粒的粒徑為1-5μm；霧化料的含水量為1.3-1.4重量％。在上述加工方法的步驟2)中，噴霧造粒的具體條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，在步驟2)中，噴霧造粒至少滿足以下條件：進口溫度為210-230℃，出口溫度為110-120℃；并且，出口后的產物通過兩層篩網進行篩取，上層篩的目數為80-100目，下層篩的目數為210-230目，取兩層篩中間的顆粒為霧化料。在上述加工方法的步驟3)中，焙燒的具體條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，在步驟3)中，第一次焙燒至少滿足以下條件：焙燒溫度為220-240℃，焙燒時間為2-4h；第二次焙燒至少滿足以下條件：焙燒溫度為2270-2320℃，焙燒時間為9-15h。在上述加工方法的步驟3)中，壓制的具體條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，在步驟3)中，壓制至少滿足以下條件：壓制壓力為255-265MPa，壓制時間為60-80min。在上述加工方法的步驟3)中，冷卻的具體條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的碳化硅密封件具有更優異的力學性能、耐磨損性和耐腐蝕性，優選地，半成品密封件成型前的冷卻為自然冷卻且半成品密封件的溫度為15-35℃，冷卻的時間為20-24h。本發明還提供了一種高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件，該高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件通過上述的加工方法制備而得。以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。實施例11)將碳化硅、硼砂、碳納米管和偶聯劑(偶聯劑KH550)進行于25℃下初步混合3h以制得混合物I；2)將混合物I、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水于55℃下二次混合3h，接著進行研磨(研磨后的混合物中的固體顆粒的粒徑為3μm)、噴霧造粒(進口溫度為220℃，出口溫度為115℃；并且，出口后的產物通過兩層篩網進行篩取，上層篩的目數為90目，下層篩的目數為220目，取兩層篩中間的顆粒)以制得霧化料(含水量為1.35重量％)；3)將霧化料置于密封件模具中于260MPa下壓制70min以制得密封件坯，接著于230℃下第一次焙燒3h、25℃下冷卻22h以制得半成品密封件，然后將半成品密封件于2300℃下第二次焙燒12h、25℃下冷卻22h以制得高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件A1；其中，碳化硅、硼砂、碳納米管、偶聯劑、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水的重量比為100：5：1.5：8：180：18：37：12：8：2：13：27：400。實施例21)將碳化硅、硼砂、碳納米管和偶聯劑(偶聯劑KH560)進行于15℃下初步混合2h以制得混合物I；2)將混合物I、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水于45℃下二次混合2h，接著進行研磨(研磨后的混合物中的固體顆粒的粒徑為1μm)、噴霧造粒(進口溫度為210℃，出口溫度為110℃；并且，出口后的產物通過兩層篩網進行篩取，上層篩的目數為80目，下層篩的目數為210目，取兩層篩中間的顆粒)以制得霧化料(含水量為1.3重量％)；3)將霧化料置于密封件模具中于255MPa下壓制60min以制得密封件坯，接著于220℃下第一次焙燒2h、15℃下冷卻20h以制得半成品密封件，然后將半成品密封件于2270℃下第二次焙燒9h、15℃下冷卻20h以制得高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件A2；其中，碳化硅、硼砂、碳納米管、偶聯劑、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水的重量比為100：3：0.5：5：150：15：30：9：4：1.5：10：25：300。實施例31)將碳化硅、硼砂、碳納米管和偶聯劑(偶聯劑KH792)進行于35℃下初步混合4h以制得混合物I；2)將混合物I、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水于65℃下二次混合4h，接著進行研磨(研磨后的混合物中的固體顆粒的粒徑為5μm)、噴霧造粒(進口溫度為230℃，出口溫度為120℃；并且，出口后的產物通過兩層篩網進行篩取，上層篩的目數為100目，下層篩的目數為230目，取兩層篩中間的顆粒)以制得霧化料(含水量為1.4重量％)；3)將霧化料置于密封件模具中于265MPa下壓制80min以制得密封件坯，接著于240℃下第一次焙燒4h、35℃下冷卻24h以制得半成品密封件，然后將半成品密封件于2320℃下第二次焙燒15h、35℃下冷卻24h以制得高強度抗腐蝕耐磨碳化硅密封件A3；其中，碳化硅、硼砂、碳納米管、偶聯劑、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水的重量比為100：7：2.5：12：200：22：47：18：10：3：16：29：500。對比例1按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B1，不同的是，步驟1)中未使用硼砂。對比例2按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B2，不同的是，步驟1)中未使用碳納米管。對比例3按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B3，不同的是，步驟2)中未使用氧化釤。對比例4按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B4，不同的是，步驟2)中未使用白鎢礦粉。對比例5按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B5，不同的是，步驟2)中未使用氧化鋁粉。對比例6按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B6，不同的是，步驟2)中未使用鋅粉。對比例7按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B7，不同的是，步驟2)中未使用鎢粉。對比例8按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B8，不同的是，步驟2)中未使用碳酸鍶。對比例9按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B9，不同的是，步驟2)中未使用丁苯橡膠。對比例10按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B10，不同的是，碳化硅、硼砂、碳納米管、偶聯劑、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水的重量比為100：8：3：：8：180：18：37：12：8：2：13：27：400。對比例11按照實施例1的方法制得碳化硅密封件B11，不同的是，碳化硅、硼砂、碳納米管、偶聯劑、膨潤土、氧化釤、白鎢礦粉、氧化鋁粉、鋅粉、鎢粉、碳酸鍶、丁苯橡膠和水的重量比為100：5：1.5：8：180：18：37：20：11：4：17：30：400。檢測例1檢測上述密封件的莫式硬度、抗壓強度(GPa)、抗彎強度(MPa)、以及斷裂韌性(MPa·m1/2)，具體結果見表1。另外，將上述密封件分別置于pH為2.0的酸液中浸泡30天，接著置于pH為14的堿液中浸泡30天，然后檢測密封件的重量的變化率Δm(重量％)，其中，表1莫式硬度抗壓強度(GPa)抗彎強度(MPa)Δm(重量％)A110.26.1619-0.03A210.36.0622-0.02A310.45.9627-0.02B19.84.1525-0.95B29.94.2533-0.82B39.74.4512-0.79B410.04.0517-0.80B59.54.2520-0.77B69.44.0523-0.65B79.64.2508-0.67B89.74.3505-0.72B99.93.8486-0.59B1010.14.4545-0.80B119.94.5551-0.79通過上表中的抗壓強度、抗彎強度、以及斷裂韌性可以看出，本發明提供的密封件具有優異的力學強度，同時通過莫式硬度可以看出本發明提供的密封件具有優異的耐磨性；另外通過Δm也得知該密封件具有優異的耐腐蝕性。以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。當前第1頁1 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