碳化硅陶瓷基礎(chǔ)知識(shí)

碳化硅陶瓷是近年發(fā)展的新材料。它具有很低的摩擦因數(shù)，很高的硬度，良好的耐磨性。它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和抗熱振性。碳化硅有反應(yīng)燒結(jié)碳化硅、常壓燒結(jié)碳化硅和熱壓碳化硅。表1列出國產(chǎn)碳化硅的性能。性能反應(yīng)燒結(jié)氮化硅熱壓氮化硅密度/gNaN-3孔隙率/%抗彎強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa抗沖擊強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa摩擦因數(shù)硬度(HRA)熱膨脹系數(shù)/℃-1熱導(dǎo)率/W·(m·K)-1電阻率(200℃)/Ω·cm(700℃)/Ω·cm2.5～2.613～16196.131176.8117.68～137.290.15～0.2(1.670～2.16)×1050.180～852.5×10-65.0210181083.13<1688.47～784.521569.1-0.39--91～92(2.7～2.8)×10-6---硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金主要是碳化鎢WC，分別有鈷基碳化鎢WC-Co、鎳基碳化鎢WC-Ni和鈷-鎳基碳化鎢WC-Co-Ni。碳化鎢的特點(diǎn)：硬度高，耐磨性好；機(jī)械強(qiáng)度高，抗彎性好；導(dǎo)熱率較高而膨脹系數(shù)較小，密封面摩擦熱容易導(dǎo)出；無鈷硬質(zhì)合金耐腐蝕性較好。材料密度/gNaN-3抗彎強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa熱膨脹系數(shù)/℃-1硬度(HRA)熱導(dǎo)率/W·(m·K)-1熱壓SiC3.1～3.2441.3～539.373.92×1054.5×10-693～9483.74常壓燒結(jié)SiC3.0～3.10372.65～451.114.07×1054.3×10-691～9292.11反應(yīng)燒結(jié)SiC3.05343.23～362.853.33×1054.3×10-691～92125.6表2列出國產(chǎn)碳化鎢的性能。機(jī)械輔助密封材料機(jī)械密封的輔助密封是保證密封可靠和延長使用壽命的重要零件。輔助密封包括動(dòng)、靜環(huán)的輔助密封圈。其作用是保證密封的軸與動(dòng)環(huán)之間的靜環(huán)座（壓蓋）與靜環(huán)之間密封，補(bǔ)償密封面的偏斜和振動(dòng)；保證使動(dòng)、靜環(huán)端面緊密結(jié)合具有浮動(dòng)性。牌號(hào)化學(xué)成分/%物理-力學(xué)性能備注WCCo密度硬度(HRC)抗彎強(qiáng)度/MPa膨脹系數(shù)/℃-1(0～300℃)YG397314.9～15.39110.29耐腐蝕性好，可在高速下使用YG694614.6～1589.510.204.5×10-6耐摩性較高，有一定的沖擊韌性，常用作動(dòng)、靜環(huán)材料YG892814.4～14.88914.714.5×10-6耐摩性較YG6差，有時(shí)也用作動(dòng)、靜環(huán)材料YG15851513.9～14.18718.635.3×10-6強(qiáng)度高，沖擊韌性好，常用作動(dòng)、靜環(huán)材料表3.國產(chǎn)碳化鎢硬質(zhì)合金的物理-力學(xué)性機(jī)械密封對(duì)輔助密封圈材料的要求：1）材料彈性好，特別是要求良好的復(fù)原性，永久變形要??；2）不受流體介質(zhì)的侵蝕，而且在介質(zhì)中的膨脹和收縮都不大；3）摩擦因數(shù)小和耐磨性好；4）使用溫度范圍要廣，在高、低溫下不粘著、不變硬、脆和失彈；5）要有適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能，如扯斷強(qiáng)度及其延伸率、耐壓等，在壓力作用下無顯著變形，有優(yōu)良的抗撕裂性、耐磨性和耐壓性等；6）便于加工并可得到高的精度；7）抗介質(zhì)腐蝕、溶解、溶脹、老化等性能好，對(duì)介質(zhì)不應(yīng)有污染等。作為輔助密封圈的材料有橡膠、塑料、石棉、膨脹石墨、石墨和金屬脹圈等。橡膠圈是使用最廣的一種輔助密封圈。常用的橡膠密封圈材料有丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠等。丁腈橡膠是常用的一種耐油橡膠。它是丁二烯和丙烯腈的共聚物。根據(jù)丙烯腈含量多少分成若干種：低丙烯腈（丁腈-18）、中丙烯腈（丁腈-26）和高丙烯腈（丁腈-40）、丙烯腈含量越高，它的耐油性越好，抗張強(qiáng)度、硬度和耐磨性、耐水性增加，透氣性減小。隨之而來，它在極性溶劑中是溶解度卻增大，耐腐蝕性也受到影響，彈性和耐寒性也變差。丁腈橡膠不耐撓曲，抗撕裂也較差。氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐化學(xué)腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。氟橡膠中應(yīng)用最廣的是含氟烯烴共聚物，主要是26型和23型。26型中有氟橡膠-26系偏氟橡乙烯與六氟丙烯的乳液共聚物和氟橡膠-246系偏氟乙烯、六氟丙烯與四氟丙烯的三元共聚物。23型氟橡膠由偏氟乙烯與三氟氯乙烯在室溫及3.24MPa壓力下用懸浮聚合法制得的一種無定形橡膠狀共聚物。它不能用于液氨、氨水中。硅橡膠是由二甲基硅氧烷與其他有機(jī)硅單體在酸或堿性催化劑存在下聚合成的一種極性高分子聚合物。硅橡膠有很高的熱穩(wěn)定性，但它有極性，容易在酸堿作用下發(fā)生離子型裂解，因此耐腐蝕性差，不適宜用于石油系溶劑（如苯、甲苯等）、丙酮、酮醚等有機(jī)溶劑。聚四氟乙烯具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和耐油、耐溶劑、抗老化、耐溫性能，并有相當(dāng)?shù)偷哪Σ烈驍?shù)和一定的強(qiáng)度、彈性、柔性和不粘著性，因此廣泛用作各種溫度、壓力、腐蝕性介質(zhì)條件下的密封圈。綜上所述，輔助密封材料，在一般介質(zhì)中可使用橡膠材料制成的O形圈、墊圈和波紋管等；在腐蝕性介質(zhì)中可使用聚四氟乙烯制成的V形圈、楔形環(huán)、墊圈和波紋管等；在高、低溫條件下可使用金屬波紋管。選用時(shí)應(yīng)考慮材料的使用溫度和耐腐蝕性。幾種材料的使用溫度、適用介質(zhì)見表4。材料名稱使用溫度/℃使用介質(zhì)或特性橡膠丁晴橡膠-30～100油、水、醇等氯丁橡膠-40～100無機(jī)酸、堿溶液、水、醇等乙丙橡膠-50～100堿、溶劑和各種化學(xué)、放射性介質(zhì)氟橡膠-20～100酸、油類、溶劑等硅橡膠-60～230醇、堿、低溶脹性礦物質(zhì)聚四氟乙烯-100～250各種腐蝕性介質(zhì)金屬沉淀硬化不銹鋼AM350-40～450熱處理后強(qiáng)度高，耐腐蝕性與1Cr18Ni9Ti相似高鎳合金Inconel-750-250～750高、低溫強(qiáng)度好，耐腐蝕性好，但焊接困難，成本高鎳鉬合金HastelloyC約1000耐腐蝕性最好，不用熱處理，強(qiáng)度高，但成本高表4.機(jī)械密封輔助密封材料列表機(jī)械密封主要零件材料選擇：機(jī)械密封各主要零件的材料應(yīng)根據(jù)使用工況進(jìn)行選擇，見表5。工況摩擦副輔助密封介質(zhì)濃度溫度/℃旋轉(zhuǎn)環(huán)靜止環(huán)清水室溫石墨陶瓷、高鎳鑄鐵、堆焊鈷鉻鎢丁晴橡膠河水（含泥沙）碳化鎢、碳化硅碳化鎢、碳化硅丁晴橡膠海水石墨陶瓷，碳化鎢丁晴橡膠汽油-20～80石墨高鎳鑄鐵，碳化鎢，陶瓷氟橡膠80～135PTFE煤油-20～80石墨高鎳鑄鐵，碳化鎢，陶瓷丁晴橡膠80～200氟橡膠，PTFE柴油-20～80石墨高鎳鑄鐵，碳化鎢，陶瓷丁晴橡膠80～200氟橡膠，PTFE機(jī)油-20～30石墨高鎳鑄鐵，碳化鎢，堆焊鈷鉻鎢，青銅、陶瓷丁晴橡膠原油-20～135石墨碳化鎢，陶瓷氟橡膠135～200PTFE（含雜質(zhì)）-20～135碳化鎢碳化鎢氟橡膠135～200PTFE輕質(zhì)碳?xì)浠衔?20～80石墨碳化鎢氟橡膠、PTFE硫酸<10%-20～80石墨陶瓷氟橡膠>10%-20～135填充PTFEPTFE硝酸<5%-20～80石墨陶瓷、高硅鑄鐵氟橡膠>5%填充PTFE陶瓷PTFE醋酸<30%-