碳化硅軸承應用技術

伊凡

碳化硅軸承應用技術
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時間：2007-09-21 07:00     來源： 天天軸承網

9 N- s" h1 G- ]* t, F2 f' |8 \    碳化硅陶瓷作為現代工程陶瓷之一，是一種人工合成的新型無機非金屬材料。硬度僅次于金剛石，具有優良的耐化學腐蝕、耐磨、耐高溫性能以及機械強度高、自潤滑性能好、抗高溫蠕變、摩擦系數小、導熱系數高、熱膨脹系數低等特點，可廣泛用于石油、冶金、化工、機械、航空、航天原子能等領域，常用做機械密封的摩擦副材料。大量試驗表明，碳化硅是目前摩擦副中最優秀的材料，尤以無壓燒結SiC和熱壓燒結SiC的性能最佳。

    目前，國內生產的無壓燒結SsiC主要性能指標已接近國外同類產品的水平。雖然熱壓燒結SiC的性能為最佳，但制造成本昂貴，尚未大量應用。利用SiC的優良特性，廣泛應用在屏蔽電泵和磁力泵領域。大連四方電泵從2001年開始進行全碳化硅陶瓷摩擦副研究開發，軸承、軸承套、推力盤均采用無壓燒結SSiC材料。2002年開始應用于產品，取得了良好業績。2003年初，在原有的成果基礎上，進行了改進：

    1.改進軸承套扭距傳動結構，解決了軸承套端部開口造成的應力集中，提高了可靠性。

    2.增設了彈性自動補償套，能自動補償徑向因溫升導致的材質膨脹差異，使泵能在0℃—250℃溫度范圍內正常運行。

, k  n+ `$ g6 O    3.獨特的推力盤結構，更具有可靠性。

2 g" [# _+ d, _9 U5 W  c/ Z    碳化硅作為屏蔽電泵軸承時，因其具熱膨脹系數小、材料較脆、容易破裂等特點所帶來的問題需要解決。
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    碳化硅熱膨脹系數是不銹鋼的1/4，當介質的溫度較高時，與同其配合不銹鋼件產生間隙或過盈而導致軸承損壞；斷裂韌性是不銹鋼的1/50，材料較脆，受到沖擊力作用時容易碎裂，特別是棱角之處。
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* C2 k" v; m7 U" ^0 F1 q3 V1 |    彈性系數是不銹鋼的1/50，機械性較脆，易破損。熱膨脹系數是不銹鋼的1/4,與其(不銹鋼)配合時應注意。
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    結構方面存在的問題

    如果液溫100(℃)的泵上采用直徑d=50(mm)轉子軸(不銹鋼)，將出現下述問題：軸套和轉子軸之間的間隙將達到0.052mm，即軸套和轉子軸之間間隙比常溫時(20℃)縮小0.052mm。要取得常溫時的間隙，軸套和轉子軸之間間隙變大。所以,常溫運轉時軸套容易破損,再用于高溫液時就更容易出現故障。
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/ P# [# a4 u: J! S- T& U    通過不斷的改進和完善，解決了軸承套端部開口造成的應力集中，提高了可靠性，增設了彈性自動補償套，能自動補償徑向因溫升導致的材質膨脹差異，使碳化硅軸承在屏蔽電泵上獲得成功應用，泵能在0℃—250℃溫度范圍內正常運行。碳化硅軸承在我公司的基本型PB、逆循環型PBN、水冷高溫型PBG、泥漿型PBLK、自吸型PBZ、保溫型PBB、大功率立式PBGL、小流量型PBX等屏蔽電泵產品中已全面獲得實際應用。使用功率在0.75－75Kw，溫度范圍為0℃—250℃，主要應用工況為：a.要求長壽命，b.介質有超強的化學腐蝕性，c.密度低、易汽化介質，d.溫度高，e.介質中有微量細小軟質顆粒，f.介質不允許有摩擦副磨損下來的粉末混入，例如純凈水行業、或有高純度要求的工況等。
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    SiC軸承特點：
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: J. |6 f- J) h2 \9 e: v    1.軸承采用無壓燒結晶體SiC，牌號：SSiC，純度：≥99.5%。
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    2.獨特的結構，能自動補償徑向因溫升導致的材質膨脹差異，使泵能在0℃—250℃溫度范圍內正常運行。

" Z0 v+ A, n- l  g3 ]8 p    3.使用壽命是普通石墨軸承10倍以上。

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碳化硅

1、定義
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- D0 n- D6 v* q    碳化硅又稱金鋼砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料在電阻爐內經高溫冶煉而成。目前我國工業生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25，顯微硬度為2840～3320kg/mm2。
    包括黑碳化硅和綠碳化硅，其中：黑碳化硅是以石英砂,石油焦和優質硅石為主要原料，通過電阻爐高溫冶煉而成。其硬度介于剛玉和金剛石之間，機械強度高于剛玉,性脆而鋒利。綠碳化硅是以石油焦和優質硅石為主要原料，添加食鹽作為添加劑，通過電阻爐高溫冶煉而成。其硬度介于剛玉和金剛石之間，機械強度高于剛玉。
6 K& w2 V2 h7 A4 w  X% q# x& Z2.性質
* c' G$ v! S- h# c2 `    碳化硅的硬度很大，具有優良的導熱和導電性能，高溫時能抗氧化。
3.用途
    (1)作為磨料，可用來做磨具，如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等。
! v  V9 p# ?. }9 J& f' `+ k    (2)作為冶金脫氧劑和耐高溫材料。
! |6 \, J& Q% |& ?    碳化硅主要有四大應用領域,即: 功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供應, 不能算高新技術產品,而技術含量極高 的納米級碳化硅粉體的應用短時間不可能形成規模經濟。
* \6 H7 e2 U7 G3 m  l4 X& r$ e    (3)高純度的單晶，可用于制造半導體、制造碳化硅纖維。
5 F8 z) [4 N& L2 W2 i9 q* `/ X. ~4.產地、輸往國別及品質規格
" N/ P* F  \4 `1 K8 x5 t    (1)產地：青海、寧夏、河南、四川、貴州等地。
$ u" ~7 {5 }- P/ |/ }3 Y    (2)輸往國別：美國、日本、韓國、及某些歐洲國家。
    (3)品質規格：
    ①磨料級碳化硅技術條件按GB/T2480—96。

2 ^, W+ V: h, r, K, n    ②磨料粒度及其組成按GB/T2477—83。磨料粒度組成測定方法按GB/T2481—83。