離心泵機械密封摩擦副硬質(zhì)材料介紹

一、金屬材料
    在某些機械密封中，由于金屬的加工性能好，常常使用金屬材料作為密封面材料。一般情況下都使用合金來制造密封，如，鎳合金(鎳合金鑄鐵)、硬質(zhì)合金(含鉆、鉻和欽的合金)等;對于一些不耐腐蝕的如，鑄鐵、模具鋼和軸承鋼等特殊鋼常用于低負荷、油類液體。在大亞灣核電站中，有一些使用金屬做機械密封密封面的例子。CRF循環(huán)水泵機械密封的動環(huán)，它使用耐海水鑄鐵制造:SRI冷卻水泵機械密封的靜環(huán)，使用不銹鋼制造?，F(xiàn)在主要的機械密封硬環(huán)材料主要有硬質(zhì)合金(YG6), SiC、三氧化二鋁等，在船用機械密封中還有更硬的材料碳化棚，由于其硬度更高，加工難度較大，故使用量較少。

二、工程陶瓷(氧化鋁)

    氧化鋁硬度高、耐磨性好，但是耐熱沖擊能力低。在氧化鋁中添加少量金屬元素制成氧化鋁金屬陶瓷。其成分中88～92%是AL203，其余為Fe, Cr, Ni等金屬元素。加入金屬元素可以改善氧化鋁金屬陶瓷的導(dǎo)熱率和降低脆性，但其耐腐蝕性有所下降。這種陶瓷常用于批量較大的汽車冷卻水泵機械密封中。

工業(yè)陶瓷在機械密封中使用以來，繼續(xù)被高性能的碳化硅所替代，只有耐腐蝕性能最佳的、純度為99.5%的氧化鋁在石油化工中有一定量的應(yīng)用。

三、新型陶瓷(碳化硅、氮化硅)
    相對于碳化硅，氮化硅的硬度和耐腐蝕性有些欠缺，更主要的是材料脆性大，在加工和安裝過程中較易損壞，所以在機械密封中應(yīng)用較少。
    碳化硅的硬度接近金剛石并具有突出的耐磨性。碳化硅是在機械密封中應(yīng)用最廣泛的材料之一。

     碳化硅除在高溫下溶融強堿和強氧化氣體外，在全濃度硫酸和沸點接近的苛性堿中也能穩(wěn)定地使用，特別是在很大的溫度范圍內(nèi)保持耐腐蝕性和耐磨性。

  碳化硅的制造方法很多，下面介紹幾種:
    1.常壓燒結(jié)碳化硅(無壓燒結(jié)sic )
    采用粉末冶金的制造方法，得到高純度的整體碳化硅坯件。碳化硅燒結(jié)后可能產(chǎn)生不同的結(jié)晶組織，其中a相為粒狀結(jié)晶;0相為針狀結(jié)晶。燒結(jié)a型就是將高密度a相碳化硅經(jīng)模制和高溫?zé)Y(jié)而形成一個整體的碳化硅原坯件。這種材料不含游離硅，是所有碳化硅材料中最硬并且耐腐蝕性也很好。其極限溫度為13700℃

    2.反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(細粒反應(yīng)燒結(jié)sic)
    反應(yīng)燒結(jié)碳化硅是用多孔碳型材與溶融金屬反應(yīng)燒結(jié)成整體碳化硅坯件。這類材料含有10～12%的游離硅。某些酸和堿類介質(zhì)可以引起游離硅浸析，所以不建議用于強酸堿類介質(zhì)。在所有高硬度密封材料中，它的減摩性最好，同碳石墨配對成最優(yōu)異的密封副，AP1682標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定優(yōu)先采用這種密封副。

    3.化學(xué)汽相反應(yīng)硅化石墨
    將碳石墨型材暴露在一氧化硅蒸汽中，化學(xué)蒸汽反應(yīng)過程中使表面碳轉(zhuǎn)化成碳化硅，有百分之幾的石墨散布在表面上。這種材料在潤滑性和耐磨性上有所改善。

   4.化學(xué)汽相沉積硅化石墨
    將碳石墨型材暴露在一氧化硅蒸汽中，化學(xué)沉積過程中使表面高純度、高密度碳化硅表層。

   5.熱壓燒結(jié)碳化硅
    它由粒度:1 um的sic粉加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，裝入石墨模具內(nèi)，在 2000～2100℃的熱壓爐內(nèi)加壓(30～50Mpa)制成。由于在氧化環(huán)境下，表層產(chǎn)生保護性的Si02膜的緣故，它是sic中化學(xué)穩(wěn)定性最好的一種。這種材料常常用于耐腐蝕密封副。

    6.轉(zhuǎn)換型碳化硅
    將多孔的碳石墨基體材料的表層部分與硅氣體反應(yīng)生成碳化硅。由于這種材料的基體是碳，所以它的力學(xué)性能低于固體碳化硅，主要用于輕載。各種碳化硅材料的主要性能見表1-5(高質(zhì)密封公司數(shù)據(jù))。    現(xiàn)在國外一些sic生產(chǎn)廠家也推出一種加碳加硅的一種，其中含有大約10～20%的游離碳和硅，這種材料較上面所說的sic其硬度和強度有所降低，但其自潤滑性能有大幅提高，這對延長機械密封的運行壽命有很大幫助。