Механічныя ўшчыльненнягуляюць вельмі важную ролю ў прадухіленні ўцечак для розных галін прамысловасці. У марской прамысловасці ёсцьмеханічныя ўшчыльнення помпы, механічныя ўшчыльненні верціцца вала. І ў нафтагазавай прамысловасці ёсцькартрыджныя механічныя ўшчыльненні,раздзеленыя механічныя ўшчыльненні або сухія газавыя механічныя ўшчыльненні. У аўтамабільнай прамысловасці ёсць вадзяныя механічныя ўшчыльнення. А ў хімічнай прамысловасці ёсць механічныя ўшчыльненні змяшальнікаў (механічныя ўшчыльненні мешалак) і механічныя ўшчыльненні кампрэсараў.
У залежнасці ад розных умоў выкарыстання патрабуецца механічнае ўшчыльненне з рознага матэрыялу. Ёсць шмат відаў матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ўмеханічныя ўшчыльненні вала напрыклад, керамічныя механічныя ўшчыльненні, вугляродныя механічныя ўшчыльненні, механічныя ўшчыльненні з карбіду сілікону,Механічныя ўшчыльненні SSIC іМеханічныя ўшчыльненні TC.
Керамічныя механічныя ўшчыльнення
Керамічныя механічныя ўшчыльненні з'яўляюцца найважнейшымі кампанентамі ў розных прамысловых прымяненнях, прызначаных для прадухілення ўцечкі вадкасці паміж двума паверхнямі, такімі як вал, які верціцца, і нерухомы корпус. Гэтыя ўшчыльнення высока цэняцца за іх выключную зносаўстойлівасць, устойлівасць да карозіі і здольнасць вытрымліваць экстрэмальныя тэмпературы.
Асноўная роля керамічных механічных ушчыльненняў - падтрымліваць цэласнасць абсталявання шляхам прадухілення страты вадкасці або забруджвання. Яны выкарыстоўваюцца ў шматлікіх галінах прамысловасці, у тым ліку ў нафтагазавай, хімічнай, ачыстцы вады, фармацэўтычнай і харчовай прамысловасці. Шырокае выкарыстанне гэтых пломбаў тлумачыцца іх трывалай канструкцыяй; яны зроблены з сучасных керамічных матэрыялаў, якія забяспечваюць лепшыя характарыстыкі ў параўнанні з іншымі матэрыяламі ўшчыльнення.
Керамічныя механічныя ўшчыльненні складаюцца з двух асноўных кампанентаў: адзін з'яўляецца механічнай стацыянарнай паверхняй (звычайна вырабленай з керамічнага матэрыялу), а другі з'яўляецца механічнай паваротнай паверхняй (звычайна вырабленай з вугляграфіту). Ушчыльняльнае дзеянне адбываецца, калі абедзве грані прыціскаюцца адна да адной з дапамогай сілы спружыны, ствараючы эфектыўны бар'ер супраць уцечкі вадкасці. Па меры працы абсталявання змазачная плёнка паміж ушчыльняючымі гранямі памяншае трэнне і знос, захоўваючы пры гэтым герметычнае ўшчыльненне.
Адным з важных фактараў, які адрознівае керамічныя механічныя ўшчыльненні ад іншых тыпаў, з'яўляецца іх выдатная ўстойлівасць да зносу. Керамічныя матэрыялы валодаюць выдатнымі ўласцівасцямі цвёрдасці, што дазваляе ім вытрымліваць абразіўныя ўмовы без значных пашкоджанняў. Гэта прыводзіць да больш працяглых ушчыльненняў, якія патрабуюць менш частай замены або абслугоўвання, чым вырабленыя з больш мяккіх матэрыялаў.
Акрамя зносаўстойлівасці, кераміка таксама праяўляе выключную тэрмаўстойлівасць. Яны могуць вытрымліваць высокія тэмпературы без пагаршэння якасці або страты эфектыўнасці герметызацыі. Гэта робіць іх прыдатнымі для выкарыстання пры высокіх тэмпературах, дзе іншыя ўшчыльняльныя матэрыялы могуць заўчасна выйсці з ладу.
Нарэшце, керамічныя механічныя ўшчыльненні забяспечваюць выдатную хімічную сумяшчальнасць і ўстойлівасць да розных агрэсіўных рэчываў. Гэта робіць іх прывабным выбарам для галін прамысловасці, якія звычайна маюць справу з рэзкімі хімікатамі і агрэсіўнымі вадкасцямі.
Керамічныя механічныя ўшчыльненні неабходныяўшчыльнення кампанентаўпрызначаны для прадухілення ўцечкі вадкасці ў прамысловым абсталяванні. Іх унікальныя ўласцівасці, такія як зносаўстойлівасць, тэрмаўстойлівасць і хімічная сумяшчальнасць, робяць іх пераважным выбарам для розных прымянення ў розных галінах прамысловасці
| керамічныя фізічныя ўласцівасці | ||||
| Тэхнічны параметр | адзінка | 95% | 99% | 99,50% |
| Шчыльнасць | г/см3 | 3.7 | 3,88 | 3.9 |
| Цвёрдасць | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Каэфіцыент сітаватасці | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Трываласць на разрыў | МПа | 250 | 310 | 350 |
| Каэфіцыент цеплавога пашырэння | 10(-6)/К | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Цеплаправоднасць | Ж/МК | 27.8 | 26.7 | 26 |
Вугляродныя механічныя ўшчыльненні
Механічнае вугляроднае ўшчыльненне мае доўгую гісторыю. Графіт з'яўляецца ізаформай элемента вугляроду. У 1971 годзе Злучаныя Штаты вывучалі паспяховы гнуткі графітавы механічны ўшчыльняльны матэрыял, які вырашаў уцечку атамнай энергіі клапана. Пасля глыбокай апрацоўкі гнуткі графіт становіцца выдатным ўшчыльняючым матэрыялам, з якога вырабляюцца розныя вугляродныя механічныя ўшчыльненні з эфектам ушчыльняючых кампанентаў. Гэтыя вугляродныя механічныя ўшчыльненні выкарыстоўваюцца ў хімічнай, нафтавай і электраэнергетычнай прамысловасці, напрыклад, высокатэмпературныя вадкія ўшчыльненні.
Паколькі гнуткі графіт утвараецца ў выніку пашырэння пашыранага графіту пасля высокай тэмпературы, колькасць інтэркаляванага агента, які застаецца ў гнуткім графіце, вельмі малая, але не цалкам, таму наяўнасць і склад інтэркаляцыйнага агента моцна ўплывае на якасць і прадукцыйнасць прадукту.
Выбар асабовага матэрыялу Carbon Seal
Першапачатковы вынаходнік выкарыстаў канцэнтраваную серную кіслату ў якасці акісляльніка і интеркалирующего агента. Аднак пасля нанясення на ўшчыльненне металічнага кампанента было ўстаноўлена, што невялікая колькасць серы, якая засталася ў гнуткім графіце, раз'ядае кантактны метал пасля працяглага выкарыстання. У сувязі з гэтым некаторыя айчынныя навукоўцы спрабавалі палепшыць яго, напрыклад Сон Кемін, які абраў воцатную і арганічную кіслату замест сернай кіслаты. кіслаты, павольна ў азотнай кіслаце, і знізіць тэмпературу да пакаёвай тэмпературы, зроблены з сумесі азотнай кіслаты і воцатнай кіслаты. Выкарыстоўваючы сумесь азотнай і воцатнай кіслаты ў якасці ўстаўляючага агента, пашыраны графіт без серы быў падрыхтаваны з перманганатам калію ў якасці акісляльніка, а воцатная кіслата павольна дадавалася да азотнай кіслаце. Тэмпературу зніжаюць да пакаёвай і рыхтуюць сумесь азотнай і воцатнай кіслаты. Затым у гэтую сумесь дадаюць натуральны лускаваты графіт і марганцоўку. Пры пастаянным памешванні тэмпература складае 30 C. Пасля рэакцыі на працягу 40 хвілін ваду прамываюць да нейтральнай тэмпературы і сушаць пры тэмпературы 50 ~ 60 C, а пашыраны графіт вырабляецца пасля высокатэмпературнага пашырэння. Гэты метад не забяспечвае вулканізацыі пры ўмове, што прадукт можа дасягнуць пэўнага аб'ёму пашырэння, каб дасягнуць адносна стабільнай прыроды ўшчыльняльнага матэрыялу.
| Тып | M106H | М120Н | М106К | М120К | M106F | M120F | M106D | М120Д | M254D |
| Марка | Прасякнуты | Прасякнуты | Прасякнуты фенол | Вуглярод сурмы (A) | |||||
| Шчыльнасць | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Трываласць на разрыў | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Трываласць на сціск | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Цвёрдасць | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Сітаватасць | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Тэмпературы | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Механічныя ўшчыльненні з карбіду крэмнія
Карбід крэмнію (SiC) таксама вядомы як карборунд, які вырабляецца з кварцавага пяску, нафтавага коксу (або каменнавугальнага коксу), драўнянай габлюшкі (якую неабходна дадаваць пры вытворчасці зялёнага карбіду крэмнію) і гэтак далей. Карбід крэмнію таксама мае рэдкі ў прыродзе мінерал - шаўкоўніца. У сучаснай C, N, B і іншай неаксіднай высокатэхналагічнай вогнетрывалай сыравіне карбід крэмнію з'яўляецца адным з найбольш шырока выкарыстоўваных і эканамічных матэрыялаў, які можна назваць залатым сталёвым пяском або вогнетрывалым пяском. У цяперашні час прамысловая вытворчасць карбіду крэмнію ў Кітаі дзеліцца на чорны карбід крэмнію і зялёны карбід крэмнія, абодва з якіх уяўляюць сабой шасцікутныя крышталі з доляй 3,20 ~ 3,25 і мікрацвёрдасцю 2840 ~ 3320 кг/м².
Прадукты з карбіду крэмнія класіфікуюцца на розныя віды ў залежнасці ад розных умоў прымянення. Як правіла, ён выкарыстоўваецца больш механічна. Напрыклад, карбід крэмнію з'яўляецца ідэальным матэрыялам для механічнага ўшчыльнення з карбіду крэмнія з-за яго добрай устойлівасці да хімічнай карозіі, высокай трываласці, высокай цвёрдасці, добрай зносаўстойлівасці, малога каэфіцыента трэння і ўстойлівасці да высокіх тэмператур.
Кольцы ўшчыльняльнікаў SIC можна падзяліць на статычныя кольцы, рухомыя кольцы, плоскія кольцы і гэтак далей. Крэмній SiC можа быць выраблены ў розныя вырабы з карбіду крэмнію, такія як паваротнае кольца з карбіду крэмнію, стацыянарнае сядзенне з карбіду крэмнію, утулка з карбіду крэмнію і гэтак далей, у адпаведнасці са спецыяльнымі патрабаваннямі кліентаў. Ён таксама можа выкарыстоўвацца ў спалучэнні з графітавым матэрыялам, і яго каэфіцыент трэння меншы, чым у гліназёмнай керамікі і цвёрдага сплаву, таму яго можна выкарыстоўваць пры высокім значэнні PV, асабліва ва ўмовах моцнай кіслаты і моцнай шчолачы.
Паменшанае трэнне SIC з'яўляецца адной з асноўных пераваг яго выкарыстання ў механічных ушчыльненнях. Такім чынам, SIC можа супрацьстаяць зносу лепш, чым іншыя матэрыялы, падаўжаючы тэрмін службы ўшчыльнення. Акрамя таго, паменшанае трэнне SIC памяншае патрэбу ў змазцы. Адсутнасць змазкі зніжае верагоднасць забруджвання і карозіі, паляпшаючы эфектыўнасць і надзейнасць.
SIC таксама мае вялікую ўстойлівасць да зносу. Гэта сведчыць аб тым, што ён можа вытрымліваць бесперапыннае выкарыстанне без пагаршэння і паломкі. Гэта робіць яго ідэальным матэрыялам для выкарыстання, дзе патрабуецца высокі ўзровень надзейнасці і даўгавечнасці.
Яе таксама можна прыціраць і паліраваць, каб пломбу можна было аднаўляць некалькі разоў на працягу ўсяго тэрміну службы. Як правіла, ён выкарыстоўваецца больш механічна, напрыклад, у механічных ушчыльненнях, дзякуючы добрай устойлівасці да хімічнай карозіі, высокай трываласці, высокай цвёрдасці, добрай зносаўстойлівасці, малым каэфіцыентам трэння і ўстойлівасці да высокіх тэмператур.
Пры выкарыстанні карбіду крэмнію для паверхняў механічных ушчыльненняў паляпшаюцца характарыстыкі, павялічваецца тэрмін службы ўшчыльнення, змяншаюцца выдаткі на тэхнічнае абслугоўванне і эксплуатацыйныя выдаткі на абсталяванне, якое верціцца, напрыклад, турбіны, кампрэсары і цэнтрабежныя помпы. Карбід крэмнія можа мець розныя ўласцівасці ў залежнасці ад таго, як ён быў выраблены. Рэакцыйна звязаны карбід крэмнію ўтвараецца шляхам злучэння часціц карбіду крэмнія адзін з адным у працэсе рэакцыі.
Гэты працэс істотна не ўплывае на большасць фізічных і цеплавых уласцівасцей матэрыялу, аднак ён абмяжоўвае хімічную ўстойлівасць матэрыялу. Найбольш распаўсюджанымі хімічнымі рэчывамі, якія ўяўляюць праблему, з'яўляюцца з'едлівыя рэчывы (і іншыя хімічныя рэчывы з высокім pH) і моцныя кіслоты, і таму карбід крэмнію, звязаны з рэакцыяй, не павінен выкарыстоўвацца для гэтых прыкладанняў.
Рэакцыйна-спечаны інфільтраваныкарбід крэмнію. У такім матэрыяле поры зыходнага SIC матэрыялу запаўняюцца ў працэсе інфільтрацыі шляхам выгарання металічнага крэмнію, такім чынам з'яўляецца другасны SiC і матэрыял набывае выключныя механічныя ўласцівасці, становячыся зносаўстойлівым. Дзякуючы мінімальнай ўсаджванню, яго можна выкарыстоўваць у вытворчасці вялікіх і складаных дэталяў з блізкімі допускамі. Тым не менш, утрыманне крэмнію абмяжоўвае максімальную працоўную тэмпературу да 1350 °C, хімічная ўстойлівасць таксама абмежаваная прыкладна pH 10. Матэрыял не рэкамендуецца для выкарыстання ў агрэсіўных шчолачных асяроддзях.
Спечаныкарбід крэмнія атрымліваюць шляхам спякання папярэдне сціснутага вельмі дробнага грануляту SIC пры тэмпературы 2000 °C для ўтварэння трывалых сувязей паміж зернямі матэрыялу.
Спачатку патаўшчаецца рашотка, затым памяншаецца сітаватасць, і, нарэшце, сувязі паміж зернямі спекаются. У працэсе такой апрацоўкі адбываецца значная ўсаджванне вырабы – прыкладна на 20%.
Ўшчыльняльнае кольца SSIC устойлівы да ўсіх хімікатаў. Паколькі ў яго структуры адсутнічае металічны крэмній, ён можа выкарыстоўвацца пры тэмпературах да 1600C без уплыву на яго трываласць
| ўласцівасці | R-SiC | S-SiC |
| Сітаватасць (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Шчыльнасць (г/см3) | 3.05 | 3,1~3,15 |
| Цвёрдасць | 110~125 (HS) | 2800 (кг/мм2) |
| Модуль пругкасці (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Змест SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Утрыманне Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Трываласць на выгіб (Мпа) | ≥350 | 450 |
| Трываласць на сціск (кг/мм2) | ≥2200 | 3900 |
| Каэфіцыент цеплавога пашырэння (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
| Тэрмаўстойлівасць (у атмасферы) (℃) | 1300 | 1600 год |
Механічнае ўшчыльненне TC
TC матэрыялы маюць высокую цвёрдасць, трываласць, устойлівасць да ізаляцыі і каразійнай стойкасці. Ён вядомы як «Прамысловы зуб». Дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам, ён шырока выкарыстоўваецца ў ваеннай прамысловасці, аэракасмічнай прамысловасці, механічнай апрацоўцы, металургіі, бурэнні нафты, электроннай сувязі, архітэктуры і іншых галінах. Напрыклад, у помпах, кампрэсарах і мешалках кольцы з карбіду вальфраму выкарыстоўваюцца ў якасці механічных ушчыльненняў. Добрая ўстойлівасць да ізаляцыі і высокая цвёрдасць робяць яго прыдатным для вытворчасці зносастойкіх дэталяў з высокай тэмпературай, трэннем і карозіяй.
У адпаведнасці з хімічным складам і характарыстыкамі выкарыстання TC можна падзяліць на чатыры катэгорыі: вальфрам-кобальт (YG), вальфрам-тытан (YT), вальфрам-тытан, тантал (YW) і карбід тытана (YN).
Цвёрды сплаў вальфрам-кобальт (YG) складаецца з WC і Co. Ён падыходзіць для апрацоўкі далікатных матэрыялаў, такіх як чыгун, каляровыя металы і неметалічныя матэрыялы.
Стэліт (YT) складаецца з WC, TiC і Co. Дзякуючы дабаўленню TiC да сплаву, яго зносаўстойлівасць паляпшаецца, але трываласць на выгіб, прадукцыйнасць шліфавання і цеплаправоднасць зніжаюцца. З-за сваёй далікатнасці пры нізкай тэмпературы ён падыходзіць толькі для высакахуткаснай рэзкі агульных матэрыялаў, а не для апрацоўкі далікатных матэрыялаў.
Вальфрам тытан тантал (ніобій) кобальт (YW) дадаецца ў сплаў для павышэння цвёрдасці пры высокіх тэмпературах, трываласці і ўстойлівасці да ізаляцыі за кошт адпаведнай колькасці карбіду тантала або карбіду ніёбія. У той жа час, трываласць таксама паляпшаецца з лепшай комплекснай прадукцыйнасцю рэзкі. У асноўным выкарыстоўваецца для рэзкі цвёрдых матэрыялаў і перыядычнай рэзкі.
Базавы клас карбонизированного тытана (YN) - гэта цвёрды сплаў з цвёрдай фазай TiC, нікеля і малібдэна. Яго перавагі - высокая цвёрдасць, здольнасць да склейвання, супраць зносу і супраць акіслення. Пры тэмпературы больш за 1000 градусаў яго яшчэ можна апрацоўваць. Гэта дастасавальна для бесперапыннай аздаблення легаванай сталі і сталі для загартоўкі.
| мадэль | ўтрыманне нікеля (мас.%) | шчыльнасць (г/см²) | цвёрдасць (HRA) | трываласць на выгіб (≥Н/мм²) |
| YN6 | 5,7-6,2 | 14.5-14.9 | 88,5-91,0 | 1800 год |
| YN8 | 7,7-8,2 | 14.4-14.8 | 87,5-90,0 | 2000 год |
| мадэль | ўтрыманне кобальту (мас.%) | шчыльнасць (г/см²) | цвёрдасць (HRA) | трываласць на выгіб (≥Н/мм²) |
| YG6 | 5,8-6,2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800 год |
| YG8 | 7,8-8,2 | 14.5-14.9 | 88,0-90,5 | 1980 год |
| YG12 | 11.7-12.2 | 13.9-14.5 | 87,5-89,5 | 2400 |
| YG15 | 14.6-15.2 | 13.9-14.2 | 87,5-89,0 | 2480 |
| YG20 | 19.6-20.2 | 13.4-13.7 | 85,5-88,0 | 2650 |
| YG25 | 24.5-25.2 | 12.9-13.2 | 84,5-87,5 | 2850 |