密封面设计

虽然通常被认为是理所当然的，但每一个机械密封的配合面组成和设计对于主要目标来说都是至关重要的——可靠地防止面一侧的介质成功到达另一侧。为了达到这一目标，使用了不同的材料，包括机械碳-石墨与树脂或锑浸渍，金属和硬涂层，氧化铝，碳化钨和碳化硅。后三种陶瓷最常被描述为硬面材料，碳化硅目前是应用较频繁的材料之一。

碳化硅

碳化硅坚硬，具有优异的耐磨性和耐磨性。润滑时摩擦系数低，硬度高，弹性模量高。它还在高温下保持其强度，具有低热膨胀系数，高导热性和优异的耐腐蚀性。“我的机械密封最好的碳化硅耐磨面材料是什么?””(BETVICTOR体育官网泵和系统， 2006年1月)详细介绍了碳化硅类型和不同面组合的优缺点。“我的机械密封最好的耐磨面材料是什么?””(BETVICTOR体育官网泵和系统, December 2005) addressed the general topic of mating face materials.

为了尽量减少表面泄漏路径的可能性，平面度通常控制在小于3个氦光带(0.000033英寸)。通常由弹簧等机械方法产生的闭合力，加上密封内部存在的液压力，使密封面紧密结合在一起，最终导致一个或两个密封面磨损。

随着密封件的工作条件变得越来越苛刻，硬面材料必须继续有效地相互摩擦，以最大限度地发挥其固有的效益。与机械碳石墨不同，这些硬面材料不能自润滑，因此在没有流体润滑的情况下无法长时间工作。还需要提供其他增强功能来扩展硬面配对的能力。

表面状况

最能降低泄漏倾向的密封面地形——平坦光滑的表面——代表了传统均匀硬面组合在摩擦学上最困难的条件之一。使用不同的方法来改善界面的润滑。许多是暂时的，可能与主要目标相悖。它们包括“哑光”研磨，在脸上产生微米宽的划痕，让液体进入并穿过界面。随着时间的推移，这种表面条件被磨损，创造了一个理论上最小化泄漏的最佳条件，但对于非润滑的硬表面材料来说，摩擦学上具有挑战性。

各种形式的晶体金刚石涂层也可以应用于表面，以进一步增加硬度和减少摩擦。这些改进为恶劣操作条件盛行的应用程序提供了好处。

碳化硅材料的发展

碳化硅材料经过多年的发展，现在更多的是两相复合材料，其中最流行的是碳化硅和石墨。这些复合材料通常被称为“石墨负载”碳化硅，因为石墨被集成到碳化硅结构中，而不是浸渍。

石墨的存在在表面形成了小型储层，为润滑提供了可控的纹理，而不会产生泄漏路径。这种纹理增加了硬面组合在更严格的压力和速度(PV)条件下的操作能力。与“哑光”搭接方法不同，集成石墨的好处在于它不仅仅是表面效应，而是延伸到整个材料(见图1)。由于添加了石墨，复合材料的物理性能略有降低。

最近对复合材料的改进提供了在材料主体中维持均匀碳化硅改进的物理特性的能力，同时只在密封面本身上加入石墨的好处(见图2)。

将两相复合材料结构集成到均匀的衬底上提供了块状碳化硅的物理属性和复合材料的摩擦学增强(正在申请专利)。这些复合碳化硅材料能够为应用定制结构，从而能够根据苛刻的要求定制接口。通过调节石墨量，可以严密控制表面纹理，有上限和下限，提高机械密封的可预测性(见图3)。

通过配方和加工密切控制密封面表面纹理数量的能力，为将存在于组件整个生命周期的配合对提供了增强的能力。此外，这种特定的石墨量和纹理体积的调整可以为最苛刻的应用提供进一步的定制。

结论

机械密封的配合环是关键部件。碳化硅仍然是最受欢迎和最具成本效益的硬面材料之一。正在进行的研究和产品开发继续对这些材料进行改进，以增强它们的优点，减少它们的缺点。石墨负载复合材料是最近的例子。它们的发展使材料具有均匀碳化硅的机械性能和耐化学性，并改善了摩擦学特性。有关这些材料的进一步信息，请咨询密封制造商，因为有许多类型可供选择，每种都有优点和缺点。