碳化硅陶瓷基礎知識

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1、 ? ? ? 碳化硅陶瓷是近年發展的新材料。它具有很低的摩擦因數，很高的硬度，良好的耐磨性。它具有良好的化學穩定性、耐熱性和抗熱振性。 碳化硅有反應燒結碳化硅、常壓燒結碳化硅和熱壓碳化硅。 表1列出國產碳化硅的性能。 性能 反應燒結氮化硅 熱壓氮化硅 密度/gNaN-3 孔隙率/% 抗彎強度/MPa 抗壓強度/MPa 抗拉強度/MPa 抗沖擊強度/MPa 彈性模量/MPa 摩擦因數 硬度(HRA) 熱膨脹系數/℃-1 熱導率/W·(m·K)-1 電阻率(200℃)/Ω·cm (700℃)/Ω·cm 2.5～2.6 13～16 196.13 11

2、76.8 117.68～137.29 0.15～0.2 (1.670～2.16)×105 0.1 80～85 2.5×10-6 5.02 1018 108 3.13 <1 688.47～784.52 1569.1 - 0.39 - - 91～92 (2.7～2.8)×10-6 - - - 　　硬質合金。硬質合金主要是碳化鎢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：硬度高，耐磨性好；機械強度高，抗彎性好；導熱率較高而膨脹系數較小，密封面摩擦熱容易導出；無鈷硬質合金耐腐蝕性較好。 材料

3、 密度/gNaN-3 抗彎強度/MPa 彈性模量/MPa 熱膨脹系數/℃-1 硬度(HRA) 熱導率/W·(m·K)-1 熱壓SiC 3.1～3.2 441.3～539.37 3.92×105 4.5×10-6 93～94 83.74 常壓燒結SiC 3.0～3.10 372.65～451.11 4.07×105 4.3×10-6 91～92 92.11 反應燒結SiC 3.05 343.23～362.85 3.33×105 4.3×10-6 91～92 125.6 表2列出國產碳化鎢的性能。 機械輔助密封材料 機械密封的輔助密封是保證

4、密封可靠和延長使用壽命的重要零件。輔助密封包括動、靜環的輔助密封圈。其作用是保證密封的軸與動環之間的靜環座（壓蓋）與靜環之間密封，補償密封面的偏斜和振動；保證使動、靜環端面緊密結合具有浮動性。 牌號 化學成分/% 物理-力學性能 備注 WC Co 密度 硬度(HRC) 抗彎強度/MPa 膨脹系數/℃-1(0～300℃) YG3 97 3 14.9～15.3 91 10.29 耐腐蝕性好，可在高速下使用 YG6 94 6 14.6～15 89.5 10.20 4.5×10-6 耐摩性較高，有一定的沖擊韌性，常用作動、靜環材料 YG8

5、92 8 14.4～14.8 89 14.71 4.5×10-6 耐摩性較YG6差，有時也用作動、靜環材料 YG15 85 15 13.9～14.1 87 18.63 5.3×10-6 強度高，沖擊韌性好，常用作動、靜環材料 表3.國產碳化鎢硬質合金的物理-力學性 機械密封對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原性，永久變形要??； 2）不受流體介質的侵蝕，而且在介質中的膨脹和收縮都不大； 3）摩擦因數小和耐磨性好； 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）要有適當的力學性能，如扯斷強度及其延伸率、耐壓

6、等，在壓力作用下無顯著變形，有優良的抗撕裂性、耐磨性和耐壓性等； 6）便于加工并可得到高的精度； 7）抗介質腐蝕、溶解、溶脹、老化等性能好，對介質不應有污染等。 　　 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，抗張強度、硬度和耐磨性、耐水性增加，透氣性減小。隨之

7、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、耐化學腐蝕的優點。氟橡膠中應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定性，但它有極性，容易在

8、酸堿作用下發生離子型裂解，因此耐腐蝕性差，不適宜用于石油系溶劑（如苯、甲苯等）、丙酮、酮醚等有機溶劑。 　　聚四氟乙烯具有優異的化學穩定性和耐油、耐溶劑、抗老化、耐溫性能，并有相當低的摩擦因數和一定的強度、彈性、柔性和不粘著性，因此廣泛用作各種溫度、壓力、腐蝕性介質條件下的密封圈。 　　綜上所述，輔助密封材料，在一般介質中可使用橡膠材料制成的O形圈、墊圈和波紋管等；在腐蝕性介質中可使用聚四氟乙烯制成的V形圈、楔形環、墊圈和波紋管等；在高、低溫條件下可使用金屬波紋管。選用時應考慮材料的使用溫度和耐腐蝕性。幾種材料的使用溫度、適用介質見表4。 材料名稱 使用溫度/℃ 使用介質或特性 橡

9、膠 丁晴橡膠 -30～100 油、水、醇等 氯丁橡膠 -40～100 無機酸、堿溶液、水、醇等 乙丙橡膠 -50～100 堿、溶劑和各種化學、放射性介質 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 聚四氟乙烯 -100～250 各種腐蝕性介質 金屬 沉淀硬化不銹鋼AM350 -40～450 熱處理后強度高，耐腐蝕性與1Cr18Ni9Ti相似 高鎳合金Inconel-750 -250～750 高、低溫強度好，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，

10、不用熱處理，強度高，但成本高 表4.機械密封輔助密封材料列表 　　機械密封主要零件材料選擇： 　　機械密封各主要零件的材料應根據使用工況進行選擇，見表5。 工況 摩擦副 輔助密封 介質 濃度 溫度/℃ 旋轉環 靜止環 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 80～135 PTFE 煤油 -20～80 石墨 高鎳鑄鐵，碳化鎢，陶瓷 丁晴橡膠

11、 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 135～200 PTFE （含雜質） -20～135 碳化鎢 碳化鎢 氟橡膠 135～200 PTFE 輕質碳氫化合物 -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PTFE PTFE 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% -20～135 填充PTFE 陶瓷 乙丙橡膠、PTFE >30% 石墨 PTFE 堿 -20～80 石墨、填充PTFE 高鎳鑄鐵、陶瓷、碳化鎢 乙丙橡膠 80～200 PTFE 食品 -20～80 石墨 陶瓷 丁晴橡膠 植物油 -20～80 石墨 高鎳鑄鐵、陶瓷 乙丙橡膠、PTFE 有機物 -20～80 石墨 碳化鎢、鑄鐵、堆焊鈷鉻鎢 乙丙橡膠、PTFE