发布时间 : 星期一 文章机械密封-徐金玉 - 图文更新完毕开始阅读
表4－5 聚四氟乙烯的物理机械性能
项目 比重 吸水率 拉伸强度 伸长率（断裂） 弯曲强度 弯曲疲劳（δ＝0.4mm） 压缩强度（1%变形） 冲击韧性×10 硬度（HS） 摩擦系数（对钢） -54单位 % 未淬火 淬火 Mpa ％ Mpa 万次 Mpa N*m/m 动 静 1/℃ w/(m*K) ℃ 2数值 2.1-2.2 ＜0.005 13.73-24.52 15.69-30.89 250-350 10.79-13.73 20 4.12 ≥1.27 50-65 0.04 0.04 10-12 0.24 121 线胀系数×10（25－200℃） 导热系数 热变形温度（0.45Mpa）
表4－6 聚四氟乙烯的冷流性 温度(℃) 常温 50 50 120
负荷(Mpa) 4.1 8.3 13.7 4.5 时间（h） - 24 24 - 变形（%） 1 4－8 25 软化
表4－7几种填充聚四氟乙烯塑料的物理机械性能
配方 性能 20% 石墨 40% 石墨 25%青铜+20%玻璃纤维+10石墨+5%炭黑 40%青铜+20%玻璃纤维+10%石墨 40%玻40%玻璃粉璃纤维 +5%石墨 2.16 16.4 151 24.9 0.13 12 2.15 13.9 86 24.5 0.14 3.4 比重 抗拉强度（Mpa） 断裂伸长% 静弯曲强度（Mpa） MN－IM 摩擦系数磨损试 磨损毫克验机 /40分
2.45 13.8 77 22.7 0.17 2.3 2.70 15.9 171 38.5 0.17 3.6 2.28 16.0 231 19.9 0.18 3.5 2.26 11.2 149 20.1 0.15 2.5 25
台姆金摩擦系数磨损试磨损毫克验机 ×10-3/40 分 导热系数W/m.K 0-50 纵 0-100 0-150 向 0-200 线膨 胀系数 0-250 0-50 ×10-4/℃ 横 0-100 0-150 向 0-200 0-250 吸水率%（24小时） 0.20 22.3 0.20 8.24 0.20 0.66 0.41 1.60 1.35 1.32 1.41 1.54 0.79 0.69 0.69 0.74 0.79 +0.58 0.20 0.74 0.21 1.22 -- -- 0.48 0.47 1.9 1.67 1.46 1.29 1.38 1.25 1.38 1.28 1.40 1.23 1.01 0.75 0.87 0.60 0.74 0.59 0.78 0.62 0.79 0.67 +0.03 +0.04 0.43 1.60 1.33 1.33 1.43 1.34 0.77 0.63 0.62 0.66 0.71 +1.00 0.24 1.63 1.19 1.16 1.20 1.26 0.83 0.67 0.63 0.67 0.73 +0.47 0.43 1.5 1.2 1.17 1.23 1.32 0.69 0.60 0.53 0.57 0.61 -0.77 三、陶瓷
1、氧化铝陶瓷（AL2O3）
氧化铝陶瓷是机械密封的基本材料之一。氧化铝陶瓷不仅具有很高的硬度和耐磨性，且耐腐蚀性能也很好。除氢氟酸、氟硅酸及浓碱外，几乎耐各种介质的腐蚀。氧化铝陶瓷热膨胀系数小，具有良好的导热性，能耐高温和耐一定的温度剧变性，是一种应用较广、较为理想的机械密封摩擦副材料。
氧化铝陶瓷原料来源广，制造工艺比较简单，毛坯价格较低。它的主要成分是氧化铝，加入少量的氧化钙、氧化镁、氧化铬等，经过原料处理、成型、干燥、烧结、加工等工序制成。目前国内使用的氧化铝陶瓷有99瓷（含99%氧化铝）和95瓷（含95%氧化铝）二种。99瓷纯度高，故硬度也高，不易加工。95瓷纯度略低，配料中以少量的Cr、Si、Ca的氧化物构成玻璃相，可降低烧成温度和孔隙率，硬度比99瓷有所降低。
氧化铝陶瓷的化学成分和物理机械性能见表4－8，耐腐蚀性能见表4－9。
表4－8 氧化铝陶瓷的化学成分和物理机械性能
名称 99瓷 95瓷 化学成分（%） AL2O3 99 94.5 MgO 1 - SiO2 - 2 CaCO3 - 3.5 Cr2O3 - 2 26
名称 99瓷 95瓷 抗弯强度 （Mpa） 340－540 216－360 物理机械性能 硬度 （HRA） 85－90 78-82 导热系数 （W/m.K） 16.75 16.75 热膨胀系数 -6×10（1/℃） 5.3 5.8
表4－9 氧化铝陶瓷的耐腐蚀性能
腐蚀剂 名称 硫酸 硫酸 硫酸 盐酸 盐酸 盐酸 介质浓度（%） 95-93 50 10 36-38 38 30 煮沸时间（h） 2 2 2 2 4 2 腐蚀率（%） 0.070 0.020 0.008 0.010 0.070 0.010 腐蚀剂 名称 硝 酸 磷 酸 醋 酸 氢氧化钠 氢氧化钠 氢氧化钠 介质浓度（%） 65-68 85 99 10 20 30 煮沸时间（h） 2 2 2 2 2 2 腐蚀率（%） 0.009 0.040 0.004 0.010 0.050 0.050 注：试样尺寸为Φ20×2的圆片。
在陶瓷中加入一定量的金属粉称为金属陶瓷。金属陶瓷抗热震性好，脆性有所改善。但耐腐蚀性有所下降。金属陶瓷成分中AL2O3含88－92%，其余为Fe、Cr、Ni等，硬度HRA84－88。在介质腐蚀性强的场合不易使用。
氧化铝陶瓷在机械密封使用中应避免造成干摩擦或与轴有局部摩擦等情况及避免温度骤变、瓷环出现开裂等现象。 2、氮化硅陶瓷（Si3N4）
氮化硅陶瓷是最近几年在国内发展起来的新材料，已在机械密封上采用。
氮化硅可分为热压氮化硅和反应烧结氮化硅。前者强度较高，一般用于不需要进行机械加工的零件，而后者由于其独特的工艺特性而被广泛采用。
反应烧结氮化硅是用＜250目、含硅量＞98%（主要杂质是铁、铝、钙）的普通硅粉作原料，经过粉碎、球磨等工序，用一般陶瓷材料成型的方法制成素坯，在通氮气的炉子中进行初步氮化（俗称一次氮化），氮化程度约90%左右。一次氮化后使其具有一定的强度，可以在机床上进行机械加工，获得所要求的零件尺寸。然后再进行最后氮化（俗称二次氮化），直到全部硅粉都转变成氮化硅为止，这样就得到所需要的反应烧结氮化硅制品。当成型后不需要进行机械加工时，也可以直接进行最后氮化。 氮化硅陶瓷的热膨胀系数为（2.5－2.8）/，其抗温度骤变性要比氧化铝陶瓷好，从室温到1000℃范围内，在空气中它能经受几十次到几百次的急冷急热循环而不开裂。 氮化硅陶瓷的强度及硬度高，且摩擦系数低，有一定的自润滑性，故是一种很好的耐磨材料。它的物理机械性能见表4－10。
表4－10 氮化硅陶瓷的物理机械性能
性能 体积密度 气孔率 抗弯强度
单位 g/c m % Mpa 3反应烧结氮化硅 2.5-2.6 13-16 196.13 热压氮化硅 3.13 ＜1 686.47-784.53 27
抗压强度 抗拉强度 抗冲击强度 5弹性模量×10 摩擦系数 硬度（HRA） 热膨胀系数 导热系数 电阻率
Mpa Mpa Mpa Mpa - 1/℃ W/(m.K) Ω.cm 200℃ 700℃ 1176.80 117.68-137.29 0.15-0.2 1.67-2.16 0.1 80-85 -6 2.5×105.02 10 810 18-- -- 0.39 -- -- 91-92 -6 （2.7-2.8）*10-- - - 氮化硅陶瓷的化学稳定性好，除氢氟酸以外能耐无机酸和一些碱溶液的腐蚀。它还能耐铝、铅、锡、锌等有色金属熔融体的侵蚀，并有良好的电绝缘性。表4－11列出了氮化硅陶瓷的耐腐蚀性能。
反应烧结氮化硅陶瓷在整个氮化过程中，尺寸几乎不变（收缩率＜0.1%），且有较高的成品率，这一点是其它陶瓷所不具备的，氧化铝陶瓷收缩率可达10%以上，且容易变形，质硬不易加工，限制了使用范围。氮化硅陶瓷也同其它陶瓷环一样存在着质脆的缺点，加工和使用过程中，须注意避免应力集中，以免碎裂。 3、碳化硅陶瓷（SiC）
碳化硅陶瓷也是近年来发展起来的新材料，可部分代替价格昂贵的钨钴硬质合金。它分为反应烧结碳化硅、热压碳化硅和常压烧结碳化硅三种。它作为机械密封材料已经被国际上确认是自金属、氧化铝、碳化钨以来的第四种基本材料。 反应烧结碳化硅环是以α－SiC粉及石墨粉为原料，以合成树脂为粘结剂，混合压制成型，经烘烤固化后，进行各种机械加工，最后在真空高温炉内进行反应烧结。在反应烧结的过程中，不断通入硅，使炉内充满硅的气氛。硅与碳化硅素坯内的α－SiC相互结合并与素坯内的碳及粘结剂焦化后的残留物起反应生成β－SiC。烧结后制品经喷砂除去表面的硅球粒，研磨抛光即为成品。
常压烧结碳化硅，采用亚微型碳化硅粉末加上适当的添加剂，混合后经喷雾干燥，与树脂粘结剂混合，用各种成型工艺来制取所需形状的坯料（坯料可进行机械加工）。烧结在常压下高温炉内进行，炉温在2000℃以上，并通入惰性气体He或Ar。烧结过程中，亚微型碳化硅粒子烧结形成5－8μ大小的晶体，其致密度可达97%以上。此外，它的表面光洁度较高。
热压烧结碳化硅是将纯碳化硅粉放在钢制球磨筒内，用酒精混合后球磨50小时，然后加盐酸除铁，热水浴烘干（选用B4C和胶体石墨作为添加剂，可以强化致密化速率）。先在钢模中以98Mpa的压力干压成型，然后在氩气氛中进行热压烧结而成。
以上三种碳化硅，其内部组成有所差别，但同属碳化硅制品。机械密封常用的为反应烧结碳化硅。
碳化硅表面呈黑色，象石墨。它具有低的摩擦系数（约为WC的1/2）。它与石墨组对时，其摩擦系数在0.03－0.1之间，且硬度高，耐磨性好，可用于含颗粒介质中，是一种很有发展前途的材料。
表4－12 反应烧结碳化硅陶瓷的主要性能
物 理 机 械 性 能
28