碳化硅轴承应用技术

伊凡

碳化硅轴承应用技术

时间：2007-09-21 07:00     来源： 天天轴承网

    碳化硅陶瓷作为现代工程陶瓷之一，是一种人工合成的新型无机非金属材料。硬度仅次于金刚石，具有优良的耐化学腐蚀、耐磨、耐高温性能以及机械强度高、自润滑性能好、抗高温蠕变、摩擦系数小、导热系数高、热膨胀系数低等特点，可广泛用于石油、冶金、化工、机械、航空、航天原子能等领域，常用做机械密封的摩擦副材料。大量试验表明，碳化硅是目前摩擦副中最优秀的材料，尤以无压烧结SiC和热压烧结SiC的性能最佳。

    目前，国内生产的无压烧结SsiC主要性能指标已接近国外同类产品的水平。虽然热压烧结SiC的性能为最佳，但制造成本昂贵，尚未大量应用。利用SiC的优良特性，广泛应用在屏蔽电泵和磁力泵领域。大连四方电泵从2001年开始进行全碳化硅陶瓷摩擦副研究开发，轴承、轴承套、推力盘均采用无压烧结SSiC材料。2002年开始应用于产品，取得了良好业绩。2003年初，在原有的成果基础上，进行了改进：
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0 z! O: y8 q$ d; t+ K    1.改进轴承套扭距传动结构，解决了轴承套端部开口造成的应力集中，提高了可靠性。

    2.增设了弹性自动补偿套，能自动补偿径向因温升导致的材质膨胀差异，使泵能在0℃—250℃温度范围内正常运行。
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' Y8 v% @3 E% {) I/ ~+ d    3.独特的推力盘结构，更具有可靠性。

    碳化硅作为屏蔽电泵轴承时，因其具热膨胀系数小、材料较脆、容易破裂等特点所带来的问题需要解决。
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; M& ^- k8 a1 H* H& m    碳化硅热膨胀系数是不锈钢的1/4，当介质的温度较高时，与同其配合不锈钢件产生间隙或过盈而导致轴承损坏；断裂韧性是不锈钢的1/50，材料较脆，受到冲击力作用时容易碎裂，特别是棱角之处。

  x/ Z! Y+ _# m8 o, G8 b    弹性系数是不锈钢的1/50，机械性较脆，易破损。热膨胀系数是不锈钢的1/4,与其(不锈钢)配合时应注意。

2 C1 M) R& \' P    结构方面存在的问题
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    如果液温100(℃)的泵上采用直径d=50(mm)转子轴(不锈钢)，将出现下述问题：轴套和转子轴之间的间隙将达到0.052mm，即轴套和转子轴之间间隙比常温时(20℃)缩小0.052mm。要取得常温时的间隙，轴套和转子轴之间间隙变大。所以,常温运转时轴套容易破损,再用于高温液时就更容易出现故障。
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8 [( J7 A/ U$ A, [+ J/ m    通过不断的改进和完善，解决了轴承套端部开口造成的应力集中，提高了可靠性，增设了弹性自动补偿套，能自动补偿径向因温升导致的材质膨胀差异，使碳化硅轴承在屏蔽电泵上获得成功应用，泵能在0℃—250℃温度范围内正常运行。碳化硅轴承在我公司的基本型PB、逆循环型PBN、水冷高温型PBG、泥浆型PBLK、自吸型PBZ、保温型PBB、大功率立式PBGL、小流量型PBX等屏蔽电泵产品中已全面获得实际应用。使用功率在0.75－75Kw，温度范围为0℃—250℃，主要应用工况为：a.要求长寿命，b.介质有超强的化学腐蚀性，c.密度低、易汽化介质，d.温度高，e.介质中有微量细小软质颗粒，f.介质不允许有摩擦副磨损下来的粉末混入，例如纯净水行业、或有高纯度要求的工况等。

    SiC轴承特点：

- e1 x+ W4 [* ~) `+ o: D    1.轴承采用无压烧结晶体SiC，牌号：SSiC，纯度：≥99.5%。

    2.独特的结构，能自动补偿径向因温升导致的材质膨胀差异，使泵能在0℃—250℃温度范围内正常运行。

# d2 z: v2 V, L/ X* T    3.使用寿命是普通石墨轴承10倍以上。

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碳化硅

* h2 \. a- G6 `1、定义
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( B8 J0 A4 Y( [- j    碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。
  U+ O7 y( s. K, G2 ]& b    包括黑碳化硅和绿碳化硅，其中：黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料，添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉。
, k6 u7 w/ J- m$ T7 r9 U2.性质
    碳化硅的硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。
: m! U# l! z: Y# i7 f9 v3.用途
+ v4 @& s' n  o9 B) y, z3 L# N    (1)作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。
    (2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。
    碳化硅主要有四大应用领域,即: 功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供应, 不能算高新技术产品,而技术含量极高 的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。
  g( [: c6 F1 U    (3)高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。
4.产地、输往国别及品质规格
    (1)产地：青海、宁夏、河南、四川、贵州等地。
    (2)输往国别：美国、日本、韩国、及某些欧洲国家。
9 r7 |* R2 K2 S% q) g    (3)品质规格：
) V( v7 ^1 T( `: n. p( W/ C    ①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。
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    ②磨料粒度及其组成按GB/T2477—83。磨料粒度组成测定方法按GB/T2481—83。