1 炭石墨材料的特性
炭石墨材料具有很多獨特的優良性能如自潤滑性、化學穩定性、高導熱性、低膨脹性等,這些特性的具備正是機械密封材料所不可或缺的。
1)炭石墨材料的熱性能
炭石墨材料具有高導熱性和低膨脹性,其導熱系數為10-70w/mk,僅次于鋁和銅,是非金屬材料中唯一具有高導熱率的材料。因此,它能及時將磨擦面,因摩擦而產生的熱量及時導出,避免摩擦面因摩擦而急聚升溫。而保障系統的正常運轉。
炭石墨材料的線膨脹系數為2х10-6——6х10-6/℃,大約是金屬的1/2——1/4。在溫度升高時,熱變形小,能有效地保持密封面的外形,避免了因熱變形而產生的介質滲漏問題。同時炭石墨材料還具有良好的熱穩定性,在承受溫度劇烈變化時不易因內部應力的變化而產生缺陷。
2)炭石墨材料的化學性能
炭石墨材料是化學惰性材料。在空氣中,400℃以下具有極強的化學穩定性。耐腐蝕性能好,除強氧化介質,如王水,鉻酸,濃硫酸及鹵族元素外,可耐其他酸、堿、鹽及一切有機化合物的腐蝕。隨炭石墨的種類及浸漬劑的不同,耐腐蝕能力有所不同。
3)炭石墨材料的機械性能
炭石墨材料屬于脆性材料,其抗壓強度高,而抗拉強度及抗剪切強度均較低,耐沖擊性能差,但其具有良好的可加工性能。


2 炭石墨密封材料的應用
炭石墨材料被廣泛用于機械密封中。在機械密封工業中摩擦副材料的選擇極為重要,摩擦副材料的最佳配對可以保證設備最長壽命和最低的運轉費用;為了滿足摩擦副材料的摩擦學相容性、化學相容性,對于一般介質采用軟對硬的摩擦副組合,其中軟材料密封面主要靠承磨面的磨合性和自潤滑性來維持,而炭石墨材料的自潤滑性及其他多種優良性能決定了它被普遍應用為密封面軟材料。
2.1 炭石墨密封材料在應用過程中應注意的一些事項
在選用炭石墨材料作摩擦副時,還要注意一些事項:
1)皰疤現象,通常由于材料過熱,炭石墨材料中各組分線膨脹系數不一樣,粘結劑被擠出,形成疤狀凹坑,使密封面出現泄漏現象。皰疤通常出現在烴類產品或溫度交變的場合。采用炭化硅作為配對材料,可以減少甚至消除這一皰疤問題。
2)沖蝕現象,由泵出口引入的循環液沖擊炭石墨環會形成沖蝕磨損。在石墨環邊緣出現缺口,如果介質沖擊密封面會出現磨削損壞和密封面分開的現象,因此沖洗管線應該切向進入而不是直接沖向密封面。
3)要確保安裝正確,在安裝前清洗密封面,避免在密封面中夾有雜質,在密封面對磨時在炭石墨環的表面上產生溝痕,造成密封失效;在平衡型密封中勿使軸套的臺階與動環接觸,否則造成炭石墨環斷裂。
4)采用沖洗冷卻等輔助系統,避免密封面因摩擦熱而溫度升高,金屬浸漬物熔化與對磨的金屬面粘連在一起,導致密封失效;溫度過高也會導致浸漬的合成樹脂分解和炭化,使炭石墨硬度和強度下降,不透性降低。而溫度過高時,因石墨環導熱性良好使石墨靜環的輔助膠圈溫度也升高,在壓蓋的擠壓下產生徑向膨脹,使石墨環斷裂。另外高溫下冷卻水結垢后將導致炭石墨環內邊緣磨損,這時可將現用的冷卻水改用軟化水或低壓水蒸氣。
3 炭石墨密封材料的發展
炭石墨密封材料起源于廿世紀30年代,最初將石墨經樹脂浸漬在化工行業中作為耐腐蝕的結構材料。但由于其獨特的性能,如自潤滑性、耐高溫、耐腐蝕、易加工等,具備了金屬材料和非金屬材料共同的優點。因而,獲得了廣泛的關注,以非常驚人的速度發展。目前,在機械制造工業中已成為通用材料之一,被廣泛應用于制造軸承、活塞環、密封環、泵及閥的部件、防爆器等。
伴隨機械工業應用技術的發展,對所應用的材料性能要求越來越高,使用工況也愈趨惡劣,為了適應材料使用要求的變化,石墨材料的生產和研制技術也得到了快速發展。
首先是基體材料性能的提高,與之伴隨的是超細粉材料的生產和應用,使石墨材料基體的性能得到很大提高,并拓寬了石墨材料的應用領域。
其次是后處理技術的發展,使材料的性能得到了改善,并力求使之能適應于多種應用領域,如由最初的通過浸樹脂改善石墨性能,到現在的浸金屬及其合金、浸無機鹽等。氣相沉積炭石墨材料因其具有質地單一、熱膨脹系數穩定而受到關注,尤其適用于高轉速、急速升溫之工況條件。浸無機鹽石墨因其具備高溫耐氧化性,而在高溫工況受到廣泛關注。
另外,滲硅石墨因其具有很強的耐化學腐蝕性,良好的耐熱性及在氣、液介質中的耐磨性,因此也常把這種材料做為耐磨材料使用。
4 結論
(1)炭石墨材料是機械密封行業中一種優良的摩擦副材料。
(2)應用環境不同,對所應用的炭石墨密封材料的要求不同,因此便會派生出多種浸漬劑。
(3)由于其屬于脆性材料,限制了其應用空間,因此未來提高炭石墨材料的韌性,發展復合材料是發展方向之一
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