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碳化硅在機械密封中的應用
添加:2017-4-19 14:48:15    游覽:1876    來源:boyi18.com

  由于碳化硅材料具有機械密封所要求的良好性能,因此可應用于高壓、高轉速、高溫、腐蝕性介質以及含有固體顆粒介質等操作工況下。

  一、碳化硅用于高PV值機械密封

  PV值是指密封流體壓力P與密封端面平均滑動速度V的乘積,表示機械密封使用的極限值,是衡量機械密封工作能力的指標。高的流體壓力和高轉速使機械密封有高的PV值。

  1、高的流體壓力

  在高壓下工作,必須在機械 密封的端面施加很大的載荷,端面壓應力很高,這就要求密封材料必須具有很高的強度和剛度。碳化硅材料是一種強度和剛度很高的材料,其彈性模量很高,在高壓下不易產生變形。同時,碳化硅的抗壓強度很高,如EkasicD燒結碳化硅的抗彎強度為410MPa,而抗壓強度為2200MPa,是抗彎強度的5倍多,完全可以承受高的端面應力,滿足使用要求。

  另外,高的端面應力會使端面摩擦熱量增加,從而使摩擦副溫度升高,使端面間的液膜被破壞而形成干摩擦,極易產生粘著磨損。試驗研究表明,碳化硅與碳石墨配對在各種PV值下碳石墨的磨損量均非常低,而且隨著PV值的升高其值變化很小。這說明碳化硅的抗黏著磨損能力很強,作為高壓密封材料是非常有利的。

  采用激光加工方法,可在碳化硅密封環端面加工出球形微孔,見圖1。試驗研究表明,這種端面帶有微孔的碳化硅密封環與碳石墨配對使用,可明顯地提高機械密封的PV值,并且可大大降低密封的端面溫升幅度、摩擦力矩和摩擦系數。

  

圖2 端面帶有微孔的SiC密封環

  圖1 端面帶有微孔的SiC密封環

  2、高轉速

  在高速下工作的機械密封,因線速度高,摩擦副的發熱磨損和振動將是主要問題。因此,要求密封材料密度小、強度高,這樣旋轉環在高 速運行時產生的離心力小,引起的振動與偏擺也小,從而保持密封端面的穩定貼合。另外,材料還要具有良好的耐熱性能和導熱性能,以利降低機械密封摩擦溫度、減小摩擦磨損、避免熱裂紋和熱變形,使機械密封能維持正常的工作。由碳化硅材料的性能可知,碳化硅密封環完全可以滿足高速機械密封要求。

  二、 碳化硅用于高溫機械密封

  高溫易引起摩擦副材料性能變化,使密封端面變形,硬度降低,造成機械密封壽命下降。因此,高溫密封副材料的熱變形、高溫強度以及耐磨性等問題是選取密封副材料的關鍵。碳化硅具有很高的高溫強度,在1400℃時的抗彎強度與常溫時的抗彎強度值相同,因此碳化硅可用于高溫工況下的機械密封。

  三、碳化硅用于腐蝕性介質工況的機械密封

  用于腐蝕性介質的機械密封,腐蝕磨損是引起摩擦副材料失效的最主要形式。這種腐蝕性作用極強,會直接或迅速地引起密封性能的變化。碳化硅具有良好的化學穩定性,因此可以應用于各種腐蝕性強的酸堿性介質中。無壓燒結碳化硅和熱壓燒結碳化硅是單一相結構,耐腐蝕性較強。熱壓燒結碳化硅即使在900℃仍具有很好的化學穩定性,這是因為在氧化氣氛中表層生成一種保護性的二氧化硅膜的緣故。

  四、碳化硅用于含固體顆粒介質工況的機械密封

  工業生產中的許多密封流體含固體顆粒,易沉積在摩擦副端面。這些顆粒不僅引起密封端面嚴重的顆粒磨損,而且使密封面產生局部發熱而引起熱裂。碳化硅不僅硬度高、耐磨損和抗熱裂,而且其應急運轉特性也很優越,因此采用碳化硅自身配對的硬質密封副在含顆粒介質中的應用潛力很大。試驗研究表明,在碳化硅自身配對使用時,運用離子反應刻蝕技術在其中1個密封面上加工圓柱形微孔,不僅可以降低密封面間的摩擦系數,而且可以明顯地提高密封面的承載能力。

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