способ получения полосы из эластичного графита

Формула изобретения

1. Способ получения полосы из эластичного графита, включающий подачу окисленного графита на операцию расширения воздухом, прокатку черновой графитовой полосы, нагрев для термической обработки и последующую многократную чистовую прокатку, отличающийся тем, что перед стадией подачи окисленного графита на расширение в него вводят порошковые химические соединения в виде оксидов, карбидов или нитридов при объемном соотношении химическое соединение/графит 0,01 - 0,40, расширение проводят смесью воздуха и водородсодержащего газа, на стадии черновой прокатки в графит вводят металлическую армирующую сетку или полосу при соотношении толщина черновой графитовой полосы/толщина армирующей сетки или полосы 10/1 - 1/30, а термическую обработку проводят при 1100 - 1800^oC в вакууме 80 - 99 кПа и/или в восстановительной атмосфере.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химических соединений используют оксид алюминия или смеси оксида алюминия и алюминия, оксид железа, оксид никеля, оксид марганца, карбид бора, нитрид кремния и/или их смеси.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость нагрева при термической обработке выдерживается в пределах 50 - 200^oC/с.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлическую сетку или полосу предварительно нагревают под давлением 5 - 50 кг/см² при температуре 580 - 680^oC и обрабатывают смесью углеводорода и аммиака при давлении 5 - 50 кПа в течение 0,2 - 4 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам механической и термической обработки порошковых материалов, и может быть использовано для производства прокладочных и других изделий из эластичного графита.

Известен способ легирования графита различными химическими элементами, например кремнием и бором, включающий смешивание порошков графита и химических соединений других элементов, их совместное прессование, термическую обработку и пропитку другими химическими соединениями или элементами (Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник. М.: Металлургия, 1975). В результате предложенной обработки графита повышается его износостойкость и прочность.

Недостаток способа состоит в невозможности получения с использованием его приемов эластичной графитовой полосы с регулируемым уровнем свойств.

Известен способ получения уплотнительного материала, обладающего улучшенными свойствами, включающий покрытие металлической подложки из мартенситной нержавеющей стали упругим слоем, представляющим собой матрицу из синтетической резины, синтетической смолы и т.д. с наполнителями, замедляющими старение, и залечивающими добавками, и дополнительную обработку композиционного материала при -10-80^oC в течение 1-10 мин для повышения твердости металлической подложки до 200-600 Н. В результате применения способа получается уплотнительный материал, обладающий высокой твердостью, упругостью, коррозионной стойкостью, удовлетворительной герметичностью для пропускания воздуха, малыми температурными деформациями и улучшенными уплотняющими свойствами (Сато Апуси, Утияма Коге и к.- N 64, 102046, Заявл. 20.04.89, опубл. 20.11.90// Кокай Токке кохо. Сер. 3(4)-1990, 76, с. 165-165. Заявка 2-282424 Япония, кл. C 21 D 9/00, B 21 D 22/02).

Недостаток способа состоит в практической невозможности использования получаемого по способу композиционного материала при температурах выше 200-300^oC из-за ограниченной температурной стабильности подложки и покрытия.

Наиболее близким техническим решением является способ получения гибкого графитового изделия, включающий подачу окисленного графита на операцию расширения воздухом, черновую прокатку полосы, нагрев для термической обработки и последующую чистовую прокатку (патент РФ N 2038337, кл. C 04 B 35/52, 27.06.95).

Недостатками способа является невозможность использования положительного влияния легирующих добавок на прочность графитового материала и его температурную устойчивость при работе на воздухе.

Задача настоящего изобретения - повышение механических свойств и температурной стабильности полосы из эластичного графита.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения полосы из эластичного графита, включающем подачу окисленного графита на операцию расширения воздухом и водородсодержащим газом, черновую прокатку полосы, нагрев для термической обработки и последующую многократную чистовую прокатку, согласно изобретению перед стадией подачи окисленного графита на расширение в него вводят порошковые химические соединения в виде окислов, карбидов или нитридов при объемном соотношении химическое соединение/графит, равном 0,01-0,40, термическую обработку проводят при 1100-1800^oC в вакууме 80-99 кПа и/или в восстановительной атмосфере, а на стадии черновой прокатки в графит вводят армирующую сетку или полосу при соотношении толщин черновая графитовая полоса/армирующая сетка или полоса, равном 10/1-1/30.

Поставленная цель достигается, в частности, тем, что в качестве химических соединений используют окислы алюминия, никеля, марганца, карбид бора, нитрид кремния и/или их смеси; а скорость нагрева при термической обработке выдерживается в пределах 50-200^oC/с.

Поставленная цель достигается, в частности, тем, что в качестве химических соединений используют окислы алюминия, никеля, марганца, карбид бора, нитрид кремния и/или их смеси; а скорость нагрева при термической обработке выдерживается в пределах 50-200^oC/с.

Поставленная цель, кроме того, достигается тем, что металлическую сетку или полосу предварительно нагревают под давлением 5-50 кг/см² при температуре 580-680^oC и обрабатывают смесью углеводорода и аммиака при давлении 5-50 кПа в течение 0,2-4 ч.

Выполнение способа заключается в следующем.

Порошок окисленного графита с насыпной плотностью 0,30-0,70 г/см³ смешивают с порошком химического соединения в сухом виде до получения однородной смеси при заданном в соответствии с изобретением соотношении компонентов. Подготовленную смесь помещают в расходный бункер, из которого смесь выдувают воздухом и водородсодержащим газом (пропан, аммиак) в печь расширения графита, нагретую до температуры 900-1250^oC. Из печи смесь расширенного графита и химического соединения попадает в накопительный бункер прокатного стана черновой прокатки, из которого транспортерной лентой подается на черновую прокатку полосы. Одновременно со смесью может подаваться на черновую прокатку армирующая сетка или полоса в том случае, когда сетка или полоса не подвергается дополнительной упрочняющей обработке.

B других случаях черновая прокатка полосы проводится отдельно до плотности по графиту 0,2-0,7 г/см³. Затем графитовую полосу подвергают непрерывной термической обработке в проходной печи в вакууме или защитной атмосфере, что обеспечивается созданием динамического вакуума при проходе полосы через печь термической обработки.

В результате термической обработки происходит восстановление окислов до металлов с образованием либо твердых растворов вводимых элементов в графите (бор), либо промежуточных соединений на границе слоев графита (марганец, железо), либо происходит очистка межслоевых промежутков от летучих и примесей (никель, алюминий), что в целом приводит к повышению прочности графитового материала.

Для обеспечения указанных результатов скорость нагрева при термической обработке устанавливается в пределах 50-200^oC/с.

Для дополнительного упрочнения графитовой полосы ее армируют сеткой или перфорированной полосой; при этом сетку или полосу предварительно нагревают в пакетах требуемого размера под давлением 5-50 кг/см² при температуре 580-680^oC и обрабатывают смесью углеводорода и аммиака. Указанной обработкой сетке или полосе придается планшетность, уменьшаются упругие напряжения при армировании графитовой полосы, за счет чего увеличивается ее прочность в поперечном направлении, а кроме того, последнее достигается за счет образования на поверхности сетки или полосы карбонитридного слоя с твердостью до 600 HV, которая не уменьшается до 600^oC.

Проведенные работы показали, что цели изобретения достигаются при введении в порошковую смесь с окисленным графитом химических соединений в виде окислов, например, окислов никеля, марганца, железа, карбидов, например, карбида бора, или нитридов, например, нитрида кремния. При этом объемное соотношение химическое соединение/графит должно быть в пределах 0,01-0,40; нижний предел 0,01 устанавливается на том основании, что меньшее количество химического соединения для решаемых задач не давало воздействия на свойства графита; верхний предел 0,40 устанавливается на том основании, что при большей величине не получается однородный материал и происходит расслоение материала в процессе продувки смеси в печь расширения.

Пределы скорости нагрева при термической обработке полосы устанавливаются на том основании, что при скорости нагрева менее 50^oC/с имеет место понижение производительности, а при скорости нагрева больше 200^oC/с наблюдается ускоренное газовыделение, что ухудшает качества материала.

Пример 1. Порошок окисленного графита смешивали в смесителе с 10 об.% порошка, содержащего Al₂O₃ и алюминий в форме САП (самоспекающегося алюминиевого порошка) в течение 30 мин; затем смесь засыпали в расходный бункер и продували смесью воздуха и пропана через печь расширения графита, нагретую до 250^oC; расширенный графит из печи расширения подавали в накопительный бункер стана черновой прокатки и прокатывали на полосу толщиной 1,5 мм и плотностью 0,3 г/см³ с армирующей сеткой, затем полосу термически обрабатывали при 1200^oC со скоростью нагрева до указанной температуры 100^oC/с и динамическом вакууме 99 кПа; в заключение полосу прокатывали на стане чистовой прокатки до толщины 0,30 мм и плотностью 1,5 г/см³. Сравнительные испытания показали, что скорость окисления полосы, легированной Al, при температуре 500^oC была на 25% меньше, чем для полосы, полученной по способу-прототипу.

Пример 2. Порошок окисленного графита смешивали в смесителе с 10 об.% никеля в форме порошка Ni₂O₃ в течение 30 мин; затем смесь засыпали в расходный бункер и продували смесью воздуха и пропана через печь расширения графита, нагретую до 1250^oC, расширенный графит из печи расширения графита направлялся в накопительный бункер стана черновой прокатки и прокатывался на полосу толщиной 1,3 мм плотностью 0,5 г/см³ с армирующей сеткой, затем полоса термически обрабатывалась при 1250^oC со скоростью нагрева до указанной температуры 50^oC/с и динамическом вакууме 90 кПа; в заключение полоса прокатывалась на стане чистовой прокатки до толщины 0,5 мм и плотности 1,3 г/см³. Сравнительные испытания показали, что скорость окисления полосы графита, легированной никелем, при температуре 500^oC на 30% меньше, чем для полосы, полученной по способу-прототипу.

Другие примеры осуществления способа представлены в табл.1-3.

Как следует из приведенных данных, получение графитовой полосы по предложенному способу позволяет в зависимости от выдвигаемых требований повышать механические и химические свойства уплотнительных материалов, создаваемых на основе эластичного графита.