【摘 要】
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硅化石墨作为一种碳化硅增强石墨复合材料,既具有碳化硅的高硬度、高耐磨性和抗高温氧化性,又具有石墨良好的自润滑性能、热传导能力和较低的热膨胀系数,可以应用到机械密封等高精密零部件上。硅化石墨密封材料的性能表现很大程度上取决于石墨基体的物化特征和渗硅方法,因此研究石墨基体密度和孔隙率、高温处理以及渗硅方法对硅化石墨的力学性能、热物理性能和摩擦性能的影响十分必要,可以为提高硅化石墨性能提供一定的理论依据
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硅化石墨作为一种碳化硅增强石墨复合材料,既具有碳化硅的高硬度、高耐磨性和抗高温氧化性,又具有石墨良好的自润滑性能、热传导能力和较低的热膨胀系数,可以应用到机械密封等高精密零部件上。硅化石墨密封材料的性能表现很大程度上取决于石墨基体的物化特征和渗硅方法,因此研究石墨基体密度和孔隙率、高温处理以及渗硅方法对硅化石墨的力学性能、热物理性能和摩擦性能的影响十分必要,可以为提高硅化石墨性能提供一定的理论依据。以不同密度的商品石墨为基体,通过热处理和石墨化处理改善商品石墨的结构和性能,并以碳化硅、硅粉为硅源,碳粉为碳源,氧化铝作为烧结助剂,通过液相渗硅法和原位反应法两种方法对石墨进行硅化处理得到硅化石墨,研究石墨基体密度和孔隙率、高温处理和渗硅方法对硅化石墨的力学性能、热物理性能和摩擦性能的影响,研究发现:(1)液相渗硅法得到的硅化石墨里的碳化硅主要存在于石墨表面以及内部的孔隙中,原位反应法制得的硅化石墨表面有一层较厚的碳化硅层。硅化石墨的渗硅深度或者碳化硅层的厚度受到石墨基体内的密度和开气孔率影响,低密度或高开气孔率的石墨基体更容易获得更深的渗硅深度或者较厚的碳化硅层。(2)4号石墨具有更加适合渗硅的孔隙率大小及分布特征,以4号石墨为基体制备得到的硅化石墨碳化硅晶粒小,分布均匀,力学强度较高,其中最大抗压强度为106.7MPa,较原始石墨提升了70.1%;抗弯强度最大为109.9 MPa,较原石墨提升了142.6%。(3)与1200℃热处理石墨相比,经过2400℃石墨化处理的石墨具有更高的石墨化度,在硅化处理过程中可以保持体积稳定性,得到的硅化石墨力学性能表现更加稳定。(4)石墨经过石墨化处理和液相渗硅法处理后,热膨胀系数有一定减小,热扩散性能明显提升,硅化石墨的热物理性能良好。(5)液相渗硅法可以很好保留石墨良好的自润滑性能,碳化硅网络的引入可以提高材料的耐磨性能,其磨损机制以疲劳磨损为主;原位反应法对石墨的耐磨性能提升不明显,其磨损形式以磨粒磨损为主。
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