写的AZoM2001年5月29日
碳石墨为设计工程师提供了一个独特的机械材料家族。欧洲杯足球竞彩这些材料完全由碳制造,包括高温碳质结合,这些材料结合了碳的强度、硬度和耐磨性与石墨的耐腐蚀和自润滑性能。欧洲杯足球竞彩精确控制碳石墨的固有孔隙率可以用各种浸渍剂填充,以提高化学、机械和摩擦学性能。
类型的碳
“碳”和“石墨”这两个术语经常互换使用。这是不幸的,因为碳元素的每一种形式都具有特定的特性,可用于不同类型的应用。
非晶碳
无定形碳是一种非常坚硬、强的化合物。晶体表现出涡轮层的无序,这使得材料极耐磨损。这种材料的强度和耐磨性能使它在某些应用中受到关注。然而,这些优点也可能是缺点——当碳与另一个表面摩擦时,碳会产生高摩擦。
石墨
另一方面,石墨则比较软,相对较弱,因为它的结晶顺序和单面与叠层之间更紧密的间隔。石墨结构可以比作一副纸牌,每一层都可以很容易地从纸牌上滑下来。这种现象使材料具有其他材料无法比拟的自润滑能力。外部润滑油根本没有必要。
碳石墨
结合非晶碳和石墨可以充分利用这两种碳的优缺点,如表1所示。这两种材料的适当混合是强、硬和低摩擦。欧洲杯足球竞彩同时,这种复合材料具有优异的耐腐蚀性能,并能够在315℃以上的温度下运行较长时间,这取决于具体的等级。制造出具有这些特性的材料是制造出能在泵等困难欧洲杯足球竞彩摩擦环境中表现良好的机械碳材料的基础。
表1。典型碳和石墨材料的性能。欧洲杯足球竞彩
|
碳 100% |
碳石墨 (70% - -30%) |
碳石墨 (30% - -70%) |
石墨 100% |
表观密度(g.cm-3) |
1.70 |
1.72 |
1.75 |
1.80 |
硬度 |
One hundred. |
85 |
65 |
40 |
抗压强度(MNm-2) |
300 |
208 |
145 |
55 |
抗弯强度(MNm-2) |
62 |
62 |
52 |
28 |
弹性模量(GNm-2) |
21 |
17 |
14 |
10 |
导热系数(W / m。°C) |
5 |
9 |
12 |
85 |
空气中温度限制(°C) |
315 |
315 |
315 |
455 |
处理碳石墨
碳石墨是由这两种形式的碳和煤焦油沥青结合而成的。煤沥青作为一种临时粘合剂,在压缩成型过程中将这两个结构连接在一起,在压缩成型过程中形成了接近净形状。在成型操作之后,零件要在足够高的温度下烧结,以使煤焦油沥青碳化。其结果是一种完全由碳结合,同时包含碳和石墨的结构。这种结构在压缩中非常坚固,在负载下不会蠕变。临时粘结剂的碳化会在结构上留下孔洞——微观上,烧结体是一个黑色的海绵。
在碳-石墨复合材料加工过程中,孔洞的形成具有多种优势。孔洞可以用树脂、金属、碳或无机盐填充,这取决于材料的计划使用,表2。这些填料有助于提高材料的强度、导热性和摩擦学特性。此外,碳-石墨可以烧结到更高的温度,将整个结构转化为石墨,在非常高温、高速的应用中提供特别好的性能。
浸渍 |
应用程序 |
热固性树脂 |
在水,冷却剂,燃料,油中,一般责任到260°C。轻化学溶液,食品和药品。 |
锑 |
热水,蒸汽,轻烃。 |
铜或银 |
高压服务至20.7毫米-2. |
碳 |
高度腐蚀性环境。 |
成膜剂(氟化物等) |
极度干燥的环境,真空或低温。 |
氧化抑制剂(磷酸盐等) |
高温和/或高速(至538°C和240ms-1). |
碳石墨vs传统润滑剂
在传统的润滑方法不适用的地方,碳石墨被广泛应用。例如,典型的油润滑轴承在-40℃以下的温度下挣扎,因为油的高粘度。200°C以上的油会碳化,使它们具有磨蚀性和无效。石墨轴承能够在600°C以上的温度下延长使用。
化学积极的环境
化学侵蚀的应用代表了碳-石墨的另一个应用利基。例如,灭菌过程倾向于从油润滑轴承的结构中浸出油。此外,溶剂和辐射可以分解润滑油,低压可以导致油蒸发。碳-石墨材料具有固有的稳定性和耐欧洲杯足球竞彩化学性,因此非常适合这些类型的应用,如图1所示。
|
图1所示。在水泵里。转子上的四个叶片是由碳石墨制成的,因此是自润滑的,耐温度和不渗透的气体和液体。 |
高负载应用程序
由于各种原因,润滑剂不适用于其他应用。高负荷会把润滑剂从表面挤压出来。如果没有流体动力层的润滑剂,如果材料不能提供自润滑,失效是迫在眉睫的。在一些应用中,比如涉及食品处理的应用中,润滑油可能会污染周围环境。特定等级的碳石墨被批准用于食品处理应用。
设计的因素
碳-石墨轴承用于湿和干操作条件。碳石墨允许设计者指定轴承接近边界润滑条件,而没有发作的风险。允许负载和运行速度取决于允许磨损率。轴材和表面光欧洲杯足球竞彩洁度是影响碳石墨材料磨损率的重要因素。一般来说,表面越硬越光滑,磨损越低。如果可能,应避免使用铝和青铜作为轴的材料。欧洲杯足球竞彩
碳-石墨材料也广泛用于转轴和端面欧洲杯足球竞彩密封材料,如图2。当与金属和陶瓷台面碰撞时,它们表现良好。密封件由实心环、剖分环和分段环制造,用于航空航天、核、石油化工和一般海洋工业的液体和干式运行应用。
|
图2。碳-石墨密封具有自润滑、耐化学腐蚀、能够在高达538°C的温度下运行。 |
碳石墨密封
密封材料需欧洲杯足球竞彩要高强度和相对高的弹性模量来承受界面的变形。碳石墨密封材料提供了强度和刚度,这是特别重欧洲杯足球竞彩要的高压,零泄漏机械端面密封。高导热性是必要的,以消除热量从界面。
密封磨损是由粘着磨损、化学磨损、侵蚀磨损,有时还有放射性磨损造成的。碳-石墨对大多数化学试剂都是惰性的,所以在其他材料失效的地方它能存活下来。欧洲杯足球竞彩然而,化学磨损在某些强氧化环境或添加剂被特定的氧化试剂侵蚀时得到证明。
碳石墨密封件的浸渍
碳密封件的浸渍可以用多种材料来控制渗透性。欧洲杯足球竞彩除了热固性树脂,其他类型的浸渍剂包括热塑性塑料、金属、无机盐或玻璃。浸渍件的温度限制对碳素件的操作温度有一个上限。
金属如锑、银、铜、镍和巴氏合金可以提高材料的强度、导热性和摩擦学特性。欧洲杯足球竞彩用无机盐(通常是磷酸盐或硼酸盐)和玻璃制成的浸渍剂用于高温应用。浸渍了可溶性盐的碳必须小心处理,以避免渗出,特别是在潮湿的条件下,但浸渍的损失很少影响密封的其他物理性质,除了渗透率。
猛烈的
起泡是碳密封材料的关键问题。欧洲杯足球竞彩奇怪的是,起泡偶尔发生的原因还不清楚。最流行的解释之一是,一定数量的流体被碳基吸收,并由于摩擦热而膨胀,产生地下压力,最终在密封面上形成火山口。另一种理论是,在重烃存在的情况下,较软的配对材料可能会从碳石墨上撕下碎片。欧洲杯足球竞彩起泡最常出现在涉及碳氢化合物或循环温度服务,如空调压缩机。在某些情况下,使用碳化硅作为配合表面将减少甚至消除起泡问题,可能是因为其高导热性和硬度。
航空航天中的碳石墨密封
碳石墨和石墨是制造航空涡轮发动机主轴密封的优良材料。欧洲杯足球竞彩涡轮发动机的主轴以非常高的速度旋转,并在不断变化的高温条件下运行。主轴轴承室密封用于保护转子支持轴承从热气体流过的发动机和防止轴承室中的润滑剂的损失。
欧洲杯足球竞彩材料选择与适用性
负载、速度、温度、配套材料、成本约束和预计体积是选择材料时必须牢记的关键欧洲杯足球竞彩因素。大量的基础碳材料可与数百个修改,可以定制为特欧洲杯足球竞彩定的设计和环境。一般用途的碳石墨可用高达260°C,而特殊等级的可提供高达538°C的电阻。特殊的碳和浸渍剂用于260-538℃温度范围的密封应用。
这些材料在化欧洲杯足球竞彩学上是惰性的,耐温的,轻质的,弹性的,尺寸稳定的,不渗透的气体和液体。它们可以按尺寸模压或机加工,以接近公差,浸渍,镀,硫化橡胶,胶结或收缩成外壳或保持架-一种真正多功能的材料。欧洲杯足球竞彩
主要作者:Joe Boylan
资料来源:《材料欧洲杯足球竞彩世界》第4卷第4期。707-8页,1996年12月。
欲了解更多材料世界的信息,请访问欧洲杯足球竞彩材料研究所欧洲杯足球竞彩.