碳化硅復合陶瓷密封材料的燒結性能、顯微結構與力學性能

鄒 暢,歐陽鑫,周渭良,李志強,鄭 浦,郭興忠

(1.浙江大學材料科學與工程學院,杭州 310058;2.浙江大學杭州國際科創中心,杭州 311200;3.浙江東新新材料科技有限公司,臺州 318000)

0 引 言

干氣密封是以氣體動壓軸承為基礎,通過對機械密封進行根本性改進而發展起來的一種新型非接觸式密封。干氣密封的極限速度高,密封性能好,壽命長,不需密封油系統,功率消耗少,操作簡單并且運行維護費用低,已廣泛應用于石油行業[1-2]。干氣密封的端面線速度較高,離心力、介質壓力等綜合作用產生的應力應變使動靜環在受壓和運轉狀態下易發生一定程度的機械變形和熱變形,且由于動靜環之間的氣膜厚度僅有幾微米,微小的變形就可能對密封效果和可靠性產生嚴重影響。因此,干氣密封對摩擦副密封材料提出了較高要求[2-6]。

SiC陶瓷是一種具有高強度、高硬度、耐高溫、耐化學腐蝕、耐磨損、抗熱震的高性能特種陶瓷材料。然而,當SiC陶瓷密封件之間進行密封摩擦時,由于其高硬度特性,干氣密封啟停時兩工作面發生黏合,摩擦因數增大,端面溫度升高,導致局部發熱引起熱震,摩擦副之間抱死黏合,加劇了端面磨損,大大縮短密封件使用壽命,致使密封件提前失效[1-3]。因此,需要對SiC陶瓷進行改性,研究[4-14]表明,SiC陶瓷基體中均勻分布的納米顆粒、晶須、纖維等可以通過裂紋橋聯、裂紋偏轉、釘扎裂紋、拔出增韌等方式抑制SiC陶瓷內部裂紋的擴展,從而提高其力學性能。

目前SiC陶瓷的燒結方法主要有反應燒結和無壓燒結[3,15-16]。……