碳化硅石墨復合材料簡介

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允升

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發表于 2023-9-16 22:25:27 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

本帖最后由允升于 2023-9-16 22:27 編輯

碳化硅石墨復合材料

1， 碳化硅石墨復合材料的應用

碳化硅石墨復合材料又稱為硅化石墨，具有碳化硅硬度高，機械強度高、耐磨的特性，同時具有石墨的自潤滑性能與抗熱震性能，是一種理想的摩擦材料與機械密封材料，適用于各種水泵、化工用泵的機械密封材料以及各種高速高負載主泵的推力軸瓦材料等。

2， 碳化硅石墨復合材料性能參數

碳化硅石墨復合材料在國外有近三十年的生產與使用歷史，國內很多進口設備大型主泵的推力軸瓦，機械密封環仍使用該材料，碳化硅石墨制備的難點在于解決高碳生坯在滲硅過程中的開裂問題，我公司經過多年技術攻關研制出了碳化硅石墨復合材料，其主要性能與俄羅斯、德國進口硅化石墨產品性能相當。主要技術參數如表1所示。

表1，碳化硅石墨復合材料主要技術參數

類別		指標	備注
主要成分	石墨	30-50%	成分可調
	碳化硅	45-65%
	硅	<15%
密度		2.4-2.7g/cm3	密度可調
孔隙率		<0.5%	5 A1 T0 d- I- M5 e% Z6 ^+ \|: b
抗壓強度		460MPa	8 j2 K3 y9 }; ]
抗折強度		120MPa	9 y' F! l4 i3 C# t% J4 R$ E! {
熱導率		120W/mK	! _9 m' w# ?( _, n0 n2 ?
熱脹系數		4.5×10-6	! [) N" `& T6 E+ @7 ]
彈性模量		120GPa	. m) @* g# N" ~- n# B- m9 G$ P$ H
化學穩定性		各種鹽，有機溶劑，強酸（HF，HCl,H2SO4，HNO3）	) B5 l& b' l8 p/ U; x# K& u5 ?2 }
長期穩定使用溫度		800℃（氧化氣氛） 2300℃（惰性或真空氣氛）	, i6 S! j- @$ d, g# z4 l" r" ~
電阻率		120×10-6Ωm	# P, N2 o: c3 I' F

3， 碳化硅石墨復合材料成分

碳化硅石墨復合材料主要由石墨（30-50%）、碳化硅（45-65%）及少量硅（<15%）組成，微觀結構如圖2所示，碳化硅形成連續網絡結構，石墨顆粒被碳化硅包裹。碳化硅用于提高材料的力學強度，使材料具有較高的抗壓強度與耐磨性能，石墨用于使復合材料具有較好的自潤滑性能。碳化硅石墨復合材料成分均勻，表面與內部一致，碳化硅、石墨的成分比例可調，碳化硅的含量越高，材料密度越大，抗壓強度越高。

4， 碳化硅石墨復合材料性能特點

（1）自潤滑性好：碳化硅石墨復合材料具有石墨的自潤滑性能，摩擦系數小，運行過程中振動小，噪音小，可在水潤滑與干磨狀態下工作；

（2）耐磨：碳化硅石墨復合材料硬度高，耐磨性好,使用壽命長；

（3）力學強度高：碳化硅石墨復合材料具有較高的抗壓強度與韌性，可使材料在高壓高速工況下工作，材料不易碎。

（4）不透氣：碳化硅石墨復合材料致密度達到99.5%以上，氣孔率低，可加工到較高的尺寸精度與表面光潔度，從而保證碳化硅石墨復合材料密封件具有優異的密封效果；

（5）密封性能穩定：碳化硅石墨復合材料線脹系數小，模量高，在壓力與摩擦熱的作用下，密封面變形小，能保證碳化硅石墨復合材料在服役過程中具有良好的密封性能；

（6）化學性質穩定：耐強氧化介質與強酸腐蝕，可用作化工廠液體輸送泵用機械密封材料；

碳化硅石墨復合材料結合了碳化硅與石墨材料的優點，三種材料的主要對比如下表。

表2，碳化硅石墨復合材料與石墨、碳化硅材料定性對比

8 y2 A2 G6 Y' z$ l+ l) p5 w R5 h) d	石墨	碳化硅	碳化硅石墨
自潤滑性	好	差	較好
耐磨性	差	好	好
承載力	低	高	高
孔隙率	有孔隙	孔隙低	基本無孔隙
韌性	較好	差易碎	好不易碎
成本	低	較高	較高