Механикалық тығыздағыштаркөптеген әртүрлі салалар үшін ағып кетудің алдын алуда өте маңызды рөл атқарады. Теңіз өнеркәсібінде барсорғының механикалық тығыздағыштары, айналмалы біліктің механикалық тығыздағыштары. Ал мұнай-газ өнеркәсібінде баркартридждік механикалық тығыздағыштар,бөлінген механикалық тығыздағыштар немесе құрғақ газ механикалық тығыздағыштары. Автокөлік өнеркәсібінде су механикалық тығыздағыштары бар. Ал химия өнеркәсібінде араластырғыш механикалық тығыздағыштар (араластырғыш механикалық тығыздағыштар) және компрессор механикалық тығыздағыштары бар.
Әртүрлі пайдалану жағдайларына байланысты, әртүрлі материалмен механикалық тығыздау ерітіндісі қажет. Қолданылатын көптеген материалдар бармеханикалық білік тығыздағыштары керамикалық механикалық тығыздағыштар, көміртекті механикалық тығыздағыштар, силикон карбидті механикалық тығыздағыштар сияқты,SSIC механикалық тығыздағыштары жәнеTC механикалық тығыздағыштары.
Керамикалық механикалық тығыздағыштар
Керамикалық механикалық тығыздағыштар әртүрлі өнеркәсіптік қолданбаларда маңызды компоненттер болып табылады, олар айналмалы білік пен қозғалмайтын корпус сияқты екі беттің арасында сұйықтықтың ағып кетуіне жол бермеуге арналған. Бұл тығыздағыштар ерекше тозуға төзімділігі, коррозияға төзімділігі және төтенше температураға төтеп беру қабілеті үшін жоғары бағаланады.
Керамикалық механикалық тығыздағыштардың негізгі рөлі - сұйықтықтың жоғалуын немесе ластануын болдырмау арқылы жабдықтың тұтастығын сақтау. Олар мұнай және газ, химиялық өңдеу, суды тазарту, фармацевтика және тамақ өнімдерін өңдеу сияқты көптеген салаларда қолданылады. Бұл тығыздағыштардың кеңінен қолданылуы олардың берік конструкциясымен байланыстырылуы мүмкін; олар басқа тығыздағыш материалдарымен салыстырғанда жоғары өнімділік сипаттамаларын ұсынатын озық керамикалық материалдардан жасалған.
Керамикалық механикалық тығыздағыштар екі негізгі компоненттен тұрады: бірі - механикалық стационарлық бет (әдетте керамикалық материалдан жасалған), ал екіншісі - механикалық айналмалы бет (әдетте көміртекті графиттен жасалған). Тығыздау әрекеті екі бетті серіппе күшімен бір-біріне басқан кезде пайда болады, бұл сұйықтықтың ағып кетуіне қарсы тиімді тосқауыл жасайды. Жабдық жұмыс істеп тұрған кезде, тығыздағыш беттер арасындағы майлағыш пленка тығыз тығыздауды сақтай отырып, үйкеліс пен тозуды азайтады.
Керамикалық механикалық тығыздағыштарды басқа түрлерден ерекшелендіретін маңызды факторлардың бірі - олардың тозуға төзімділігі. Керамикалық материалдар абразивті жағдайларға айтарлықтай зақым келтірмей төтеп беруге мүмкіндік беретін тамаша қаттылық қасиеттеріне ие. Бұл жұмсақ материалдардан жасалған тығыздағыштарға қарағанда сирек ауыстыруды немесе техникалық қызмет көрсетуді қажет ететін ұзақ мерзімді тығыздағыштарға әкеледі.
Тозуға төзімділіктен басқа, керамика ерекше термиялық тұрақтылыққа ие. Олар тозуға ұшырамай немесе тығыздау тиімділігін жоғалтпай жоғары температураға төтеп бере алады. Бұл оларды басқа тығыздағыш материалдары мерзімінен бұрын істен шығуы мүмкін жоғары температуралы қолданбаларда қолдануға жарамды етеді.
Соңында, керамикалық механикалық тығыздағыштар әртүрлі коррозиялық заттарға төзімділікпен тамаша химиялық үйлесімділікті ұсынады. Бұл оларды үнемі қатал химиялық заттармен және агрессивті сұйықтықтармен жұмыс істейтін салалар үшін тартымды таңдау етеді.
Керамикалық механикалық тығыздағыштар өте маңыздыкомпоненттік тығыздағыштарӨнеркәсіптік жабдықтарда сұйықтықтың ағып кетуіне жол бермеу үшін жасалған. Олардың тозуға төзімділігі, термиялық тұрақтылығы және химиялық үйлесімділігі сияқты бірегей қасиеттері оларды бірнеше саладағы әртүрлі қолданбалар үшін таңдаулы таңдау етеді.
| керамикалық физикалық қасиет | ||||
| Техникалық параметр | бірлік | 95% | 99% | 99,50% |
| Тығыздық | г/см3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Қаттылық | Адам құқықтары жөніндегі агенттік (HRA) | 85 | 88 | 90 |
| Кеуектілік жылдамдығы | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Сынық беріктігі | МПа | 250 | 310 | 350 |
| Жылулық кеңею коэффициенті | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Жылу өткізгіштігі | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Көміртекті механикалық тығыздағыштар
Механикалық көміртекті тығыздағыштың ұзақ тарихы бар. Графит - көміртек элементінің изоформасы. 1971 жылы Америка Құрама Штаттары атом энергиясының клапанының ағып кету мәселесін шешкен икемді графит механикалық тығыздағыш материалын сәтті зерттеді. Терең өңдеуден кейін икемді графит тамаша тығыздағыш материалға айналады, олар тығыздағыш компоненттерінің әсерімен әртүрлі көміртекті механикалық тығыздағыштарға айналады. Бұл көміртекті механикалық тығыздағыштар химия, мұнай, электр энергетикасы салаларында, мысалы, жоғары температуралы сұйықтық тығыздағыштарында қолданылады.
Икемді графит жоғары температурадан кейін кеңейтілген графиттің кеңеюі арқылы түзілетіндіктен, икемді графитте қалған интеркаляциялық агенттің мөлшері өте аз, бірақ толығымен емес, сондықтан интеркаляциялық агенттің болуы мен құрамы өнімнің сапасы мен өнімділігіне үлкен әсер етеді.
Көміртекті тығыздағыштың беткі материалын таңдау
Бастапқы өнертапқыш концентрлі күкірт қышқылын тотықтырғыш және аралық агент ретінде пайдаланған. Дегенмен, металл компонентінің тығыздағышына жағылғаннан кейін, икемді графитте қалған аз мөлшерде күкірт ұзақ уақыт қолданғаннан кейін жанасатын металды коррозияға ұшырататыны анықталды. Осыған байланысты, кейбір отандық ғалымдар, мысалы, Сонг Кемин күкірт қышқылының орнына сірке қышқылы мен органикалық қышқылды таңдап, оны жақсартуға тырысты. Азот қышқылында баяу және температураны бөлме температурасына дейін төмендететін қышқыл азот қышқылы мен сірке қышқылының қоспасынан жасалған. Азот қышқылы мен сірке қышқылының қоспасын енгізу агенті ретінде пайдалану арқылы күкіртсіз кеңейтілген графит калий перманганатын тотықтырғыш ретінде пайдаланып дайындалды, ал сірке қышқылы азот қышқылына баяу қосылды. Температура бөлме температурасына дейін төмендетіліп, азот қышқылы мен сірке қышқылының қоспасы жасалады. Содан кейін бұл қоспаға табиғи қабыршақты графит пен калий перманганаты қосылады. Тұрақты араластыру кезінде температура 30°C болады. 40 минуттық реакциядан кейін су бейтарапқа дейін жуылып, 50-60°C температурада кептіріледі, ал кеңейтілген графит жоғары температурада кеңейгеннен кейін жасалады. Бұл әдіс өнім белгілі бір кеңею көлеміне жете алатын жағдайда вулканизацияға қол жеткізбейді, осылайша тығыздағыш материалдың салыстырмалы түрде тұрақты сипатына қол жеткізіледі.
| Түрі | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Бренд | Сіңірілген | Сіңірілген | Сіңірілген фенол | Сурьма көміртегі (A) | |||||
| Тығыздық | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Сынық беріктігі | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Қысу күші | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Қаттылық | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Кеуектілік | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1.5 | <1.5 | <1.5 |
| Температура | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Кремний карбидінің механикалық тығыздағыштары
Кремний карбиді (SiC) кварц құмынан, мұнай коксынан (немесе көмір коксынан), ағаш жаңқаларынан (жасыл кремний карбидін өндіру кезінде қосу қажет) және т.б. жасалған карборунд деп те аталады. Кремний карбидінің табиғатта сирек кездесетін минералы - тұт ағашы да бар. Қазіргі заманғы C, N, B және басқа да оксидсіз жоғары технологиялық отқа төзімді шикізатта кремний карбиді ең кең қолданылатын және үнемді материалдардың бірі болып табылады, оны алтын болат құмы немесе отқа төзімді құм деп атауға болады. Қазіргі уақытта Қытайда кремний карбидін өнеркәсіптік өндірісі қара кремний карбиді және жасыл кремний карбиді болып бөлінеді, екеуі де алтыбұрышты кристалдар, олардың үлесі 3,20 ~ 3,25 және микроқаттылығы 2840 ~ 3320 кг/м².
Кремний карбиді өнімдері әртүрлі қолдану ортасына байланысты көптеген түрлерге жіктеледі. Әдетте механикалық түрде қолданылады. Мысалы, кремний карбиді жақсы химиялық коррозияға төзімділігі, жоғары беріктігі, жоғары қаттылығы, жақсы тозуға төзімділігі, төмен үйкеліс коэффициенті және жоғары температураға төзімділігінің арқасында кремний карбиді механикалық тығыздағышы үшін тамаша материал болып табылады.
SIC тығыздағыш сақиналарын статикалық сақина, қозғалмалы сақина, жалпақ сақина және тағы басқаларға бөлуге болады. SiC кремнийін тұтынушылардың арнайы талаптарына сәйкес кремний карбидінің айналмалы сақинасы, кремний карбидінің стационарлық орындығы, кремний карбидінің втулкасы және тағы басқа әртүрлі карбид өнімдеріне жасауға болады. Оны графит материалымен бірге де қолдануға болады, ал оның үйкеліс коэффициенті алюминий оксиді керамикасы мен қатты қорытпадан аз, сондықтан оны жоғары PV мәндерінде, әсіресе күшті қышқыл мен күшті сілті жағдайында қолдануға болады.
SIC үйкелісін азайту оны механикалық тығыздағыштарда қолданудың негізгі артықшылықтарының бірі болып табылады. Сондықтан SIC басқа материалдарға қарағанда тозуға және жыртылуға жақсы төтеп бере алады, бұл тығыздағыштың қызмет ету мерзімін ұзартады. Сонымен қатар, SIC үйкелісін азайту майлау қажеттілігін азайтады. Майлаудың болмауы ластану мен коррозия мүмкіндігін азайтады, тиімділік пен сенімділікті арттырады.
SIC тозуға төзімділігі жоғары. Бұл оның тозбай немесе сынбай үздіксіз пайдалануға төтеп бере алатынын көрсетеді. Бұл оны жоғары деңгейдегі сенімділік пен беріктік талап ететін пайдалану үшін тамаша материал етеді.
Сондай-ақ, оны қайта жабыстыруға және жылтыратуға болады, осылайша тығыздағышты қызмет ету мерзімі ішінде бірнеше рет жаңартуға болады. Ол әдетте механикалық тұрғыдан, мысалы, механикалық тығыздағыштарда химиялық коррозияға жақсы төзімділігі, жоғары беріктігі, жоғары қаттылығы, жақсы тозуға төзімділігі, үйкеліс коэффициентінің төмендігі және жоғары температураға төзімділігі үшін көбірек қолданылады.
Механикалық тығыздағыш беттер үшін қолданылған кезде, кремний карбиді өнімділіктің жақсаруына, тығыздағыштың қызмет ету мерзімінің ұзаруына, техникалық қызмет көрсету шығындарының төмендеуіне және турбиналар, компрессорлар және центрифугалық сорғылар сияқты айналмалы жабдықтардың пайдалану шығындарының төмендеуіне әкеледі. Кремний карбиді қалай жасалғанына байланысты әртүрлі қасиеттерге ие болуы мүмкін. Реакциямен байланысқан кремний карбиді реакция процесінде кремний карбидінің бөлшектерін бір-бірімен байланыстыру арқылы түзіледі.
Бұл процесс материалдың физикалық және термиялық қасиеттерінің көпшілігіне айтарлықтай әсер етпейді, дегенмен материалдың химиялық төзімділігін шектейді. Ең көп таралған химиялық заттар - каустикалық заттар (және басқа да жоғары рН химиялық заттар) және күшті қышқылдар, сондықтан реакциямен байланысқан кремний карбидін бұл қолданбалармен қолдануға болмайды.
Реакциямен инфильтрацияланғанкремний карбиді. Мұндай материалда бастапқы SIC материалының тесіктері металл кремнийді жағу арқылы инфильтрация процесінде толтырылады, осылайша екінші реттік SiC пайда болады және материал ерекше механикалық қасиеттерге ие болады, тозуға төзімді болады. Минималды кішіреюіне байланысты оны жақын төзімділікпен үлкен және күрделі бөлшектерді өндіруде қолдануға болады. Дегенмен, кремний мөлшері максималды жұмыс температурасын 1350 °C-қа дейін шектейді, химиялық төзімділік шамамен рН 10-мен шектеледі. Материалды агрессивті сілтілі ортада пайдалану ұсынылмайды.
СұйылтылғанКремний карбиді материал түйіршіктері арасында берік байланыстар түзу үшін алдын ала сығылған өте ұсақ SIC грануласын 2000 °C температурада күйдіру арқылы алынады.
Алдымен тор қалыңдайды, содан кейін кеуектілік төмендейді, ал соңында дәндер арасындағы байланыстар күйеді. Мұндай өңдеу процесінде өнімнің айтарлықтай кішіреюі байқалады – шамамен 20%-ға.
SSIC тығыздағыш сақинасы барлық химиялық заттарға төзімді. Құрылымында металл кремний болмағандықтан, оны беріктігіне әсер етпей 1600°C дейінгі температурада қолдануға болады.
| мүліктер | R-SiC | S-SiC |
| Кеуектілік (%) | ≤0.3 | ≤0.2 |
| Тығыздық (г/см3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Қаттылық | 110~125 (HS) | 2800 (кг/мм2) |
| Серпімділік модулі (ГПа) | ≥400 | ≥410 |
| SiC құрамы (%) | ≥85% | ≥99% |
| Si құрамы (%) | ≤15% | 0,10% |
| Иілу күші (МПа) | ≥350 | 450 |
| Сығымдау күші (кг/мм2) | ≥2200 | 3900 |
| Жылулық кеңею коэффициенті (1/℃) | 4,5×10-6 | 4.3×10-6 |
| Атмосферадағы ыстыққа төзімділік (℃) | 1300 | 1600 |
TC механикалық тығыздағышы
ТК материалдары жоғары қаттылық, беріктік, тозуға төзімділік және коррозияға төзімділік қасиеттеріне ие. Ол «Өнеркәсіптік тіс» деп аталады. Жоғары өнімділігінің арқасында ол әскери өнеркәсіпте, аэроғарыштық, механикалық өңдеуде, металлургияда, мұнай бұрғылауда, электронды байланыста, сәулет өнеркәсібінде және басқа да салаларда кеңінен қолданылды. Мысалы, сорғыларда, компрессорларда және араластырғыштарда вольфрам карбид сақинасы механикалық тығыздағыш ретінде қолданылады. Жақсы тозуға төзімділік және жоғары қаттылық оны жоғары температура, үйкеліс және коррозияға төзімді тозуға төзімді бөлшектерді өндіруге жарамды етеді.
Химиялық құрамы мен пайдалану сипаттамаларына сәйкес, TC төрт санатқа бөлінеді: вольфрам кобальт (YG), вольфрам-титан (YT), вольфрам-титан тантал (YW) және титан карбиді (YN).
Вольфрам-кобальт (YG) қатты қорытпасы WC және Co қоспаларынан тұрады. Ол шойын, түсті металдар және металл емес материалдар сияқты сынғыш материалдарды өңдеуге жарамды.
Стеллит (YT) WC, TiC және Co-дан тұрады. Қорытпаға TiC қосылуына байланысты оның тозуға төзімділігі артады, бірақ иілу беріктігі, тегістеу өнімділігі және жылу өткізгіштігі төмендейді. Төмен температурада сынғыштығына байланысты ол тек жалпы материалдарды жоғары жылдамдықпен кесуге жарамды және сынғыш материалдарды өңдеуге жарамайды.
Вольфрам титан тантал (ниобий) кобальт (YW) құймаға қосылып, жоғары температурадағы қаттылықты, беріктікті және тозуға төзімділікті тиісті мөлшерде тантал карбиді немесе ниобий карбиді арқылы арттырады. Сонымен қатар, беріктік кешенді кесу өнімділігінің артуымен де жақсарады. Ол негізінен қатты кесу материалдары мен үзік-үзік кесу үшін қолданылады.
Көміртектендірілген титан негіздік класы (YN) - TiC, никель және молибденнің қатты фазасы бар қатты қорытпа. Оның артықшылықтары - жоғары қаттылық, байланысқа қарсы қабілет, тозуға қарсылық және тотығуға қарсылық. 1000 градустан жоғары температурада оны өңдеуге болады. Ол легирленген болат пен шынықтыратын болатты үздіксіз өңдеуге қолданылады.
| модель | никель құрамы (салмақтық%) | тығыздық (г/см²) | қаттылық (HRA) | иілу беріктігі (≥N/мм²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14,5-14,9 | 88.5-91.0 | 1800 ж. |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14.4-14.8 | 87.5-90.0 | 2000 ж. |
| модель | кобальт мөлшері (салмақтық%) | тығыздық (г/см²) | қаттылық (HRA) | иілу беріктігі (≥N/мм²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14.6-15.0 | 89.5-91.0 | 1800 ж. |
| YG8 | 7.8-8.2 | 14,5-14,9 | 88.0-90.5 | 1980 ж. |
| 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 |