一種硅化石墨制品的加工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種娃化石墨制品的加工工藝，屬于復合材料及其加工技術領域。
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【背景技術】
[0003]娃化石墨又稱碳化娃涂層石墨或滲娃石墨。它是以石墨為基體，在其表面或表面深層滲入硅或碳化硅而形成的一種由碳化硅、石墨、游離硅多相組成的新型碳化硅/石墨復合材料。硅化石墨綜合了碳與碳化硅的特點，它不僅具有碳石墨材料的自潤滑性，良好的導電導熱性及抗熱震性，還具有碳化硅的高硬度、抗氧化、耐化學腐蝕等優點，因此，硅化石墨材料應用越來越廣泛，并且特別適于在重載、高溫或大溫度沖擊等苛刻場合下的應用，已廣泛用于化工、冶金及宇航和核工業領域。
[0004]目前硅化石墨是通過化學氣相沉積法、化學氣相反應法和液硅滲透反應等方法在粗糙的石墨毛還表面形成碳化娃層，石墨毛還加工時預留加工余量0.1?1_，表面粗糙度大于Ral2.5，加工后表面粗糙度一般大于Ra3.2，這種表面粗造度大的毛坯用于硅碳化處理制備硅化石墨時存在后機械加工對表面碳化硅層破壞大、加工難度大、制品尺寸精度較難控制、成品率低(約為80%)等缺點。
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【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種硅化石墨制品的加工工藝，本工藝加工容易、成品率高，制備的硅化石墨材料表面性質均勻，硬度高且耐磨損、抗腐蝕等綜合性能優異。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種硅化石墨制品的加工工藝，其特征在于:步驟如下，
1)石墨毛坯基體先通過粗加工、精加工得到表面光潔的石墨毛坯，精加工后的石墨毛坯表面粗糙度小于Ra0.8，預留加工余量0.05?0.5mm ;
2)采用真空氣相沉積反應法對石墨毛坯進行石墨硅化處理，在其表面形成帶有碳化硅層的硅化石墨粗品，碳化硅層由碳化硅、石墨和游離硅多相組成；
3)將第2)步得到的硅化石墨粗品浸泡于熔融氫氧化鈉中除去其中的游離硅；
4)最后再依次經過水洗、干燥、機械加工即可得到需要的硅化石墨制品。
[0008]第2)步氣相沉積反應法在石墨毛坯表面形成的碳化硅層厚度為I?3mm。
[0009]第3)步除去游離硅的方法為，
3-1)將氫氧化鈉、硝酸鈉和亞硝酸鈉按質量比75?98:2?20:0.01?5混合均勻，置于鑄鐵容器中，加熱至290°C?380°C使其熔融；
3-2)將第2)步得到的硅化石墨粗品浸泡于第3-1)步得到的熔融狀態的混合物中1min?lOOmin，取出后冷卻，最后用水浸泡或沖洗使生成的硅酸鈉溶解即可去除。
[0010]所述氫氧化鈉、硝酸鈉和亞硝酸鈉的質量配比優選85:13:2，使其熔融的加熱溫度為300 °C。
[0011]第3-2)步硅化石墨粗品浸泡于熔融狀態的混合物中的時間為30min。
[0012]與現有技術相比較，本發明有益效果在于:采用真空氣相沉積反應法對精加工的石墨表面進行硅碳化處理，石墨毛坯表面精加工后粗糙度小于Ra0.8，真空氣相沉積反應法在石墨基材表面形成的碳化娃層厚度為I?3mm，石墨毛還表面光潔，有利于娃的均勾滲透，形成高硬度、耐磨、耐腐蝕的碳化硅層。由于石墨毛坯表面粗糙度小，預留加工余量小，僅為0.05?0.5mm，在后機械加工時對表面形成的碳化娃層破壞小；娃化石墨表面肖氏硬度一般為100?110HS，硬度極高，切削、打磨、拋光機械加工難度大，預留加工余量小0.05?0.5mm，容易后機械加工，娃化石墨制品的精度容易控制，成品率尚于98%。
[0013]同時，本發明在去除硅化石墨中的游離硅時采用硝酸鈉、亞硝酸鈉作為助熔劑，較單獨用氫氧化鈉浸泡溫度低，混合物熔點最低可降至290°C，故浸泡溫度低，條件更容易實現，同時溫度降低也降低了能耗。亞硝酸鈉在浸泡溫度下分解生成氧化鈉，加快游離硅反應速度，顯著減少硅化石墨制品浸泡時間，能更快速的去除游離硅。本方法游離硅去除率高，達到提高生產效率的目的。
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【具體實施方式】
[0015]本發明硅化石墨制品的加工工藝依次包括粗加工、精加工、石墨硅化處理、除游離硅、水洗、干燥、機械加工等工序。具體而言，
1)石墨毛坯基體先通過粗加工、精加工得到表面光潔的石墨毛坯，精加工后的石墨毛坯表面粗糙度小于Ra0.8，預留加工余量0.05?0.5mm ;
2)采用真空氣相沉積反應法對石墨毛坯進行石墨硅化處理，在其表面一定深度形成帶有碳化硅層的硅化石墨粗品，碳化硅層由碳化硅、石墨、游離硅多相組成；其中碳化硅層厚度為I?3_。
[0016]3)將第2)步得到的硅化石墨粗品浸泡于熔融氫氧化鈉中除去其中的游離硅；
4)最后再依次經過水洗、干燥、機械加工即可得到需要的硅化石墨制品。
[0017]本發明第3)步去除硅化石墨粗品中的游離硅的方法包括以下步驟:
3-1)按質量比氫氧化鈉:硝酸鈉:亞硝酸鈉=75?98:2?20:0.01?5將三種原料混合均勻，置于鑄鐵容器中，加熱至290°C?380°C使其熔融。
[0018]3-2)將硅化石墨粗品完全浸泡于熔融狀態的氫氧化鈉與硝酸鈉、亞硝酸鈉混合物中1min?lOOmin，然后取出冷卻，再用水沖洗或浸泡于水中使生成的硅酸鈉溶解去除，其中水沖洗或浸泡的同時，硅化石墨取出附帶的氫氧化鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉混合物(堿液)也同時被溶解去除。
[0019]本發明去除原理:熔融氫氧化鈉與硅化石墨粗品中的游離硅反應生成水溶性的硅酸鈉，再用水洗除去硅酸鈉，從而達到快速去除游離硅的目的。其中硝酸鈉主要作用是促進氫氧化鈉與游離硅的反應和降低混合物熔點。亞硝酸鈉作用是降低熔點，其高溫分解生成的氧化鈉可與游離硅快速反應。
[0020]上述第3-1)步中比較優化的一個配比為:氫氧化鈉:硝酸鈉:亞硝酸鈉=85:13:2，該原料配比的混合物置于鑄鐵容器中，加熱至300°C左右全部熔融。
[0021]進一步地，上述第3-2)步中將硅化石墨粗品浸泡于熔融的氫氧化鈉:硝酸鈉:亞硝酸鈉=85:13:2的混合熔體中，浸泡30min后取出冷卻，再用水浸泡或沖洗，去除生成的硅酸鈉。本實施例游離硅去除率99%，同時能去除二氧化硅。
[0022]本發明采用氫氧化鈉與硝酸鈉、亞硝酸鈉的熔融混合物浸泡硅化石墨粗品，熔融氫氧化鈉與游離硅反應生成水溶性的硅酸鈉可水洗除去。熔融氫氧化鈉與游離硅高溫反應速度快，浸泡時間短，游離硅去除率高。熔融混合物中的硝酸鈉、亞硝酸鈉有助熔作用，降低混合物熔點。亞硝酸鈉高溫下分解生成氧化鈉與游離硅反應，能快速去除游離硅。
[0023]本發明采用真空氣相沉積反應法對精加工的石墨表面進行硅碳化處理，石墨毛坯表面精加工后粗糙度小于Ra0.8，其好處在于:氣相沉積反應法在石墨基材表面形成的碳化娃層厚度為I?3_，石墨毛還表面光潔，有利于娃的均勾滲透，形成高硬度、耐磨、耐腐蝕的碳化娃層；由于石墨毛還表面粗糙度小，預留加工余