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炭石墨材料在机械密封中的应用与发展
来源:中国粉体技术网    更新时间:2016-01-28 10:19:13    浏览次数:
 
炭石墨材料的特性
       炭
石墨材料具有很多独特的优良性能如自润滑性、化学稳定性、高导热性、低膨胀性等,这些特性的具备正是机械密封材料所不可或缺的。
1)炭石墨材料的热性能
       炭石墨材料具有高导热性和低膨胀性,其导热系数为10-70w/mk,仅次于铝和铜,是非金属材料中唯一具有高导热率的材料。因此,它能及时将磨擦面,因摩擦而产生的热量及时导出,避免摩擦面因摩擦而急聚升温。而保障系统的正常运转。
       炭石墨材料的线膨胀系数为2х10-6——6х10-6/℃,大约是金属的1/2——1/4。在温度升高时,热变形小,能有效地保持密封面的外形,避免了因热变形而产生的介质渗漏问题。同时炭石墨材料还具有良好的热稳定性,在承受温度剧烈变化时不易因内部应力的变化而产生缺陷。
2)炭石墨材料的化学性能
       炭石墨材料是化学惰性材料。在空气中,400℃以下具有极强的化学稳定性。耐腐蚀性能好,除强氧化介质,如王水,铬酸,浓硫酸及卤族元素外,可耐其他酸、碱、盐及一切有机化合物的腐蚀。随炭石墨的种类及浸渍剂的不同,耐腐蚀能力有所不同。
3)炭石墨材料的机械性能
       炭石墨材料属于脆性材料,其抗压强度高,而抗拉强度及抗剪切强度均较低,耐冲击性能差,但其具有良好的可加工性能。


炭石墨材料在机械密封中的应用与发展
炭石墨材料在机械密封中的应用与发展
炭石墨材料在机械密封中的应用与发展

2  炭石墨密封材料的应用
       炭石墨材料被广泛用于机械密封中。在机械密封工业中摩擦副材料的选择极为重要,摩擦副材料的最佳配对可以保证设备最长寿命和最低的运转费用;为了满足摩擦副材料的摩擦学相容性、化学相容性,对于一般介质采用软对硬的摩擦副组合,其中软材料密封面主要靠承磨面的磨合性和自润滑性来维持,而炭石墨材料的自润滑性及其他多种优良性能决定了它被普遍应用为密封面软材料。
2.1 炭石墨密封材料在应用过程中应注意的一些事项
在选用炭石墨材料作摩擦副时,还要注意一些事项:
       1)疱疤现象,通常由于材料过热,炭石墨材料中各组分线膨胀系数不一样,粘结剂被挤出,形成疤状凹坑,使密封面出现泄漏现象。疱疤通常出现在烃类产品或温度交变的场合。采用炭化硅作为配对材料,可以减少甚至消除这一疱疤问题。
       2)冲蚀现象,由泵出口引入的循环液冲击炭石墨环会形成冲蚀磨损。在石墨环边缘出现缺口,如果介质冲击密封面会出现磨削损坏和密封面分开的现象,因此冲洗管线应该切向进入而不是直接冲向密封面。
       3)要确保安装正确,在安装前清洗密封面,避免在密封面中夹有杂质,在密封面对磨时在炭石墨环的表面上产生沟痕,造成密封失效;在平衡型密封中勿使轴套的台阶与动环接触,否则造成炭石墨环断裂。
       4)采用冲洗冷却等辅助系统,避免密封面因摩擦热而温度升高,金属浸渍物熔化与对磨的金属面粘连在一起,导致密封失效;温度过高也会导致浸渍的合成树脂分解和炭化,使炭石墨硬度和强度下降,不透性降低。而温度过高时,因石墨环导热性良好使石墨静环的辅助胶圈温度也升高,在压盖的挤压下产生径向膨胀,使石墨环断裂。另外高温下冷却水结垢后将导致炭石墨环内边缘磨损,这时可将现用的冷却水改用软化水或低压水蒸气。
 
3  炭石墨密封材料的发展
       炭石墨密封材料起源于廿世纪30年代,最初将石墨经树脂浸渍在化工行业中作为耐腐蚀的结构材料。但由于其独特的性能,如自润滑性、耐高温、耐腐蚀、易加工等,具备了金属材料和非金属材料共同的优点。因而,获得了广泛的关注,以非常惊人的速度发展。目前,在机械制造工业中已成为通用材料之一,被广泛应用于制造轴承、活塞环、密封环、泵及阀的部件、防爆器等。
       伴随机械工业应用技术的发展,对所应用的材料性能要求越来越高,使用工况也愈趋恶劣,为了适应材料使用要求的变化,石墨材料的生产和研制技术也得到了快速发展。
       首先是基体材料性能的提高,与之伴随的是超细粉材料的生产和应用,使石墨材料基体的性能得到很大提高,并拓宽了石墨材料的应用领域。
       其次是后处理技术的发展,使材料的性能得到了改善,并力求使之能适应于多种应用领域,如由最初的通过浸树脂改善石墨性能,到现在的浸金属及其合金、浸无机盐等。气相沉积炭石墨材料因其具有质地单一、热膨胀系数稳定而受到关注,尤其适用于高转速、急速升温之工况条件。浸无机盐石墨因其具备高温耐氧化性,而在高温工况受到广泛关注。
       另外,渗硅石墨因其具有很强的耐化学腐蚀性,良好的耐热性及在气、液介质中的耐磨性,因此也常把这种材料做为耐磨材料使用。
 
结论
(1)炭石墨材料是机械密封行业中一种优良的摩擦副材料。
(2)应用环境不同,对所应用的炭石墨密封材料的要求不同,因此便会派生出多种浸渍剂。
(3)由于其属于脆性材料,限制了其应用空间,因此未来提高炭石墨材料的韧性,发展复合材料是发展方向之一


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