碳-碳复合材料密封环研磨技术探究

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1、碳/碳复合材料密封环研磨技术探究摘要：针对碳/碳复合材料的特点，通过对研具、研磨剂、工装、运动轨迹等的研究和应用，文章初步总结出了一套切实可行的双密封面密封环的研磨方法，零件研磨表面质量有了很大提高，且相对稳定，满足了设计图纸要求，解决了大径、薄壁、双密封面的碳/碳复合材料密封环平面研磨难题。关键词：碳/碳复合材料；密封环研磨；双端面密封中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1009-2374(2013)13-0033-03碳石墨材料是适用范围最广的磨擦材料，与多种金属、非金属及其涂层具有好的组对性能，是多数干摩擦情况唯一适用的密封对偶材料之一。碳/碳复合

2、材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。其特点显著：比重不到2.0g/cm3；高温力学性能极佳；抗烧蚀性能良好；具有其他复合材料的特性，如高强度、高模量、高疲劳度和蠕变性能等；摩擦磨损性能优异，其摩擦系数小，性能稳定，是各种耐磨和摩擦部件的最佳候选材料。碳/碳复合材料密封环(以下简称密封环)为双端面密封零件，直径尺寸大，两端面的尺寸精度高、形状精度高、表面粗糙度低，加工难度非常大。平面研磨为密封环的最后加工工序，是密封环加工的关键，使用合适的研具、研磨剂、工装很重要，同时对研磨方法要求较高，对研磨环境要求也较为严格

3、。针对碳/碳复合材料的特点，本文从研具、研磨剂、工装、运动轨迹等方面对双密封面密封环的平面研磨技术进行了摸索研究。1密封环分析1.1密封环结构分析密封环为薄壁环形件，直径大（近①180）、厚度薄（近10mm）、宽度窄（近10mm）,其主要有以下几种结构特征：端面环槽、外圆环槽、内外圆花边、端面凹槽以及轴向孔、径向孔等；左、右两端面是密封表面，具有较高的尺寸精度、粗糙度和形状位置要求，粗糙度不大于Ra0.2um,平面度0.0009mm,平行度不大于0.005mm,与内孔、外圆垂直度不大于0.01mm。1.2材料特点碳/碳复合材料毛坯如图1所示，碳纤维交错叠加呈致密的

4、网纹状，且碳纤维缝隙之间填充着碳颗粒，与普通石墨材料相比刚性好、强度高，密度1.8〜2.0g/cm3,肖氏硬度W70。碳/碳复合材料是新材料领域中重点研究和开发的一种新型超高温材料，它具有以下显著特点：(1)密度小(<2.0g/cm3),仅为镰基高温合金的1/4,陶瓷材料的l/2o(2)高温力学性能极佳。温度升高至2200°C,其强度不仅不会降低，甚至比室温还高，这是其他结构材料无法比拟的。(3)抗烧蚀性能良好，烧蚀均匀，可以用于3000°C以上高温短时间烧蚀的环境中。(4)摩擦磨损性能优异，其摩擦系数小、性能稳定，是各种耐磨和摩擦部件的最佳候选材料。(5)具有其

5、他复合材料的特性，如高强度、高模量、高疲劳度和蠕变性能等。1.3平面研磨难点研磨有诸多优点：尺寸精度高、形状精度高、表面粗糙度低、零件表面耐磨性提高、零件表面疲劳强度提高。研磨是密封环加工工艺的最后工序，研磨的质量好坏直接关系到成品零件的合格与否，其重要性不言而喻。密封环研磨有以下难点：(1)密封环直径大，薄壁，双密封端面研磨难度大;(2)密封环表面暗淡，光度差，光学平晶检测难。2平面研磨技术研究针对碳/碳复合材料密封环研磨难点，在以下七个方面进行了初步摸索研究。2.1研具研具是研磨剂的载体，用以涂敷和镶嵌磨料，使游离磨粒嵌入研具发挥切削作用；同时又是研磨成形的工

6、具，把本身的几何形状精度按一定的方式传递到工件上。对研具的要求有一条很重要：研具的硬度选择特别重要，太硬造成磨粒迅速破碎与磨耗，甚至有些磨粒被挤入零件内，破坏加工表面质量；太软造成磨粒过深地被挤入研具材料中。正确地选择研具硬度，才能使磨粒暂时被支撑，也能迅速地改变位置,使每个磨粒都有新的棱角陆续参加切削。我单位一直以来研磨碳石墨类密封件常选用常温变形较小的金属材料一一灰铸铁作为研具材料。根据零件尺寸选用300mmX400mm研磨平板。其具有组织致密、硬度均匀，有适当的被嵌入性，有良好的耐磨性、变形小等特点，硬度适中，具备作为研具研磨碳石墨类材料的条件。2.2研磨剂

7、研磨剂是由磨粒、研磨液及辅料调配而成的混合物。制作研磨剂的磨粒一般采用微粉，常用绿碳化硅微粉粒度：W20.W14用于粗研，W14、W10用于半精研，W7以下用于精研。在以前加工碳/碳复合材料密封环过程中一直采用煤油作为研磨液，在研磨过程中发现煤油不易挥发，研磨下来的屑末粘稠呈繼糊状，不易清洗，研后需长时间等待煤油干透才能用光学平晶进行检测，浪费时间多；并且碳/碳复合材料对煤油特别敏感，见油后光度下降，光带显示模糊，平晶检测困难。针对煤油研磨液的使用缺点，经过多次试验，改用酒精做研磨液来进行研磨的效果显著，酒精挥发速度快，密封环干净，屑末不粘稠，酒精快速挥发后密封环

8、即可用平晶