Mehaanilised tihendidmängivad paljudes erinevates tööstusharudes lekete vältimisel väga olulist rolli. Meretööstuses onpumba mehaanilised tihendid, pöörleva võlli mehaanilised tihendid. Ja nafta- ja gaasitööstuses on olemaskassett-mehaanilised tihendid,jagatud mehaanilised tihendid või kuivgaasi mehaanilised tihendid. Autotööstuses on olemas veemehaanilised tihendid. Ja keemiatööstuses on segisti mehaanilised tihendid (segisti mehaanilised tihendid) ja kompressori mehaanilised tihendid.
Erinevatest kasutustingimustest olenevalt on vaja erinevast materjalist mehaanilist tihenduslahendust. Seal kasutatakse mitmesuguseid materjale.mehaanilised võllitihendid näiteks keraamilised mehaanilised tihendid, süsinikmehaanilised tihendid, silikoonkarbiidist mehaanilised tihendid,SSIC mehaanilised tihendid jaTC mehaanilised tihendid.
Keraamilised mehaanilised tihendid
Keraamilised mehaanilised tihendid on mitmesuguste tööstuslike rakenduste kriitilise tähtsusega komponendid, mis on loodud vedelike lekke vältimiseks kahe pinna, näiteks pöörleva võlli ja statsionaarse korpuse vahel. Neid tihendeid hinnatakse kõrgelt nende erakordse kulumiskindluse, korrosioonikindluse ja äärmuslikele temperatuuridele vastupidavuse poolest.
Keraamiliste mehaaniliste tihendite peamine ülesanne on säilitada seadmete terviklikkus, vältides vedeliku kadu või saastumist. Neid kasutatakse paljudes tööstusharudes, sealhulgas nafta- ja gaasitööstuses, keemiatööstuses, veetöötluses, farmaatsia- ja toiduainetetööstuses. Nende tihendite laialdast kasutamist võib seostada nende vastupidava konstruktsiooniga; need on valmistatud täiustatud keraamilistest materjalidest, mis pakuvad teiste tihendusmaterjalidega võrreldes paremaid jõudlusomadusi.
Keraamilised mehaanilised tihendid koosnevad kahest põhikomponendist: üks on mehaaniline statsionaarne pind (tavaliselt keraamilisest materjalist) ja teine on mehaaniline pöörlev pind (tavaliselt valmistatud süsinikgrafiidist). Tihendustoime toimub siis, kui mõlemad pinnad surutakse vedrujõu abil kokku, luues tõhusa tõkke vedeliku lekke vastu. Seadme töötamise ajal vähendab tihenduspindade vaheline määrdekile hõõrdumist ja kulumist, säilitades samal ajal tiheda tihendi.
Üks oluline tegur, mis eristab keraamilisi mehaanilisi tihendeid teist tüüpidest, on nende silmapaistev kulumiskindlus. Keraamilistel materjalidel on suurepärased kõvadusomadused, mis võimaldavad neil taluda abrasiivseid tingimusi ilma oluliste kahjustusteta. Selle tulemuseks on kauem kestvad tihendid, mis vajavad harvemat vahetamist või hooldust kui pehmematest materjalidest valmistatud tihendid.
Lisaks kulumiskindlusele on keraamikal ka erakordne termiline stabiilsus. Nad taluvad kõrgeid temperatuure ilma lagunemise või tihendustõhususe kaotamiseta. See teeb need sobivaks kasutamiseks kõrge temperatuuriga rakendustes, kus muud tihendusmaterjalid võivad enneaegselt puruneda.
Lõpuks pakuvad keraamilised mehaanilised tihendid suurepärast keemilist ühilduvust ja vastupidavust mitmesugustele söövitavatele ainetele. See teeb neist atraktiivse valiku tööstusharudele, mis tegelevad regulaarselt karmide kemikaalide ja agressiivsete vedelikega.
Keraamilised mehaanilised tihendid on olulisedkomponentide tihendidloodud tööstusseadmete vedelikulekete vältimiseks. Nende ainulaadsed omadused, nagu kulumiskindlus, termiline stabiilsus ja keemiline ühilduvus, muudavad need eelistatud valikuks mitmesuguste rakenduste jaoks paljudes tööstusharudes.
| keraamiline füüsiline omadus | ||||
| Tehniline parameeter | ühik | 95% | 99% | 99,50% |
| Tihedus | g/cm3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Kõvadus | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Poorsuse määr | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Murdumistugevus | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Soojuspaisumise koefitsient | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Soojusjuhtivus | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Süsinikmehaanilised tihendid
Mehaanilistel süsiniktihenditel on pikk ajalugu. Grafiit on elementsüsiniku isovorm. 1971. aastal uurisid Ameerika Ühendriigid edukalt painduvat grafiidist mehaanilist tihendusmaterjali, mis lahendas aatomventiilide lekke probleemi. Pärast põhjalikku töötlemist saab painduvast grafiidist suurepärane tihendusmaterjal, millest valmistatakse mitmesuguseid süsinikmehaanilisi tihendeid, mis toimivad tihenduskomponentidena. Neid süsinikmehaanilisi tihendeid kasutatakse keemia-, nafta- ja elektritööstuses, näiteks kõrge temperatuuriga vedelike tihenditena.
Kuna painduv grafiit moodustub paisunud grafiidi paisumisel pärast kõrget temperatuuri, on painduvasse grafiidi allesjäänud interkalatsiooniagensi kogus väga väike, kuid mitte täielikult, seega on interkalatsiooniagensi olemasolul ja koostisel suur mõju toote kvaliteedile ja toimivusele.
Süsiniktihendi materjali valik
Algne leiutaja kasutas oksüdeerijana ja interkaleeriva ainena kontsentreeritud väävelhapet. Pärast metallkomponendi tihendile kandmist leiti aga, et väike kogus väävlit, mis jäi painduvasse grafiiti, söövitas kontaktmetalli pikaajalisel kasutamisel. Seda silmas pidades on mõned kodumaised teadlased püüdnud seda täiustada, näiteks Song Kemin, kes valis väävelhappe asemel äädikhappe ja orgaanilise happe. Lämmastikhappe segu, aeglaselt lämmastikhape, valmistati temperatuuri toatemperatuurini alandades. Kasutades lämmastikhappe ja äädikhappe segu lisamisainena, valmistati väävlivaba paisutatud grafiit, kasutades oksüdeerijana kaaliumpermanganaati, ja äädikhape lisati aeglaselt lämmastikhappele. Temperatuur alandati toatemperatuurini ja valmistati lämmastikhappe ja äädikhappe segu. Seejärel lisati sellele segule looduslik helvesteline grafiit ja kaaliumpermanganaat. Pidevalt segades kuumutati temperatuur 30 °C-ni. Pärast 40-minutilist reaktsiooni pesti vesi neutraalseks ja kuivatati temperatuuril 50–60 °C ning paisutatud grafiit valmistati kõrgel temperatuuril paisumise teel. See meetod ei saavuta vulkaniseerimist tingimusel, et toode suudab saavutada teatud paisumismahu, et saavutada tihendusmaterjali suhteliselt stabiilne olemus.
| Tüüp | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Bränd | Immutatud | Immutatud | Immutatud fenool | Antimoni süsinik(A) | |||||
| Tihedus | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Murdumistugevus | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Survetugevus | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Kõvadus | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Poorsus | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Temperatuurid | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Ränikarbiidist mehaanilised tihendid
Ränikarbiidi (SiC) tuntakse ka karborundina ja seda valmistatakse kvartsliivast, naftakoksist (või kivisöekoksist), puiduhakkest (mida tuleb lisada rohelise ränikarbiidi tootmisel) jne. Ränikarbiidil on ka haruldane mineraal – mooruspuu. Kaasaegsetes C-, N-, B- ja muudes mitteoksiidsetes kõrgtehnoloogilistes tulekindlates toorainetes on ränikarbiid üks enimkasutatavaid ja ökonoomsemaid materjale, mida võib nimetada kuldteraseliivaks või tulekindlaks liivaks. Praegu jaguneb Hiina ränikarbiidi tööstuslik toodang mustaks ja roheliseks ränikarbiidiks, mis mõlemad on kuusnurksed kristallid, mille osakaal on 3,20–3,25 ja mikrokõvadus 2840–3320 kg/m².
Ränikarbiidist tooteid liigitatakse mitmeks tüübiks vastavalt erinevatele rakenduskeskkondadele. Neid kasutatakse üldiselt mehaaniliselt. Näiteks on ränikarbiid ideaalne materjal ränikarbiidist mehaanilise tihendi jaoks tänu oma heale keemilisele korrosioonikindlusele, suurele tugevusele, suurele kõvadusele, heale kulumiskindlusele, väikesele hõõrdetegurile ja kõrgele temperatuuritaluvusele.
SIC-tihendid võib jagada staatilisteks rõngasteks, liikuvateks rõngasteks, lamedateks rõngasteks jne. SiC-ränist saab vastavalt kliendi erinõuetele valmistada mitmesuguseid karbiidist tooteid, näiteks ränikarbiidist pöörlevaid rõngaid, ränikarbiidist statsionaarseid istmeid, ränikarbiidist pukse jne. Seda saab kasutada ka koos grafiitmaterjaliga ning selle hõõrdetegur on väiksem kui alumiiniumoksiidkeraamikal ja kõvasulamitel, seega saab seda kasutada kõrge PV väärtusega keskkondades, eriti tugevate hapete ja tugevate leeliste keskkonnas.
SIC-i vähendatud hõõrdumine on üks peamisi eeliseid selle kasutamisel mehaanilistes tihendites. Seetõttu talub SIC kulumist paremini kui teised materjalid, pikendades tihendi eluiga. Lisaks vähendab SIC-i vähendatud hõõrdumine määrimisvajadust. Määrimise puudumine vähendab saastumise ja korrosiooni võimalust, parandades efektiivsust ja töökindlust.
SIC-l on ka suurepärane kulumiskindlus. See näitab, et see talub pidevat kasutamist ilma halvenemise või purunemiseta. See teeb sellest ideaalse materjali kasutusaladeks, mis nõuavad suurt töökindlust ja vastupidavust.
Seda saab ka uuesti lihvida ja poleerida, nii et tihendit saab selle eluea jooksul mitu korda renoveerida. Üldiselt kasutatakse seda mehaanilisemalt, näiteks mehaanilistes tihendites, tänu heale keemilisele korrosioonikindlusele, suurele tugevusele, suurele kõvadusele, heale kulumiskindlusele, väikesele hõõrdetegurile ja kõrgele temperatuurikindlusele.
Mehaaniliste tihenduspindade puhul parandab ränikarbiid jõudlust, pikendab tihendi eluiga, vähendab hoolduskulusid ja vähendab pöörlevate seadmete, näiteks turbiinide, kompressorite ja tsentrifugaalpumpade käituskulusid. Ränikarbiidil võivad olla erinevad omadused olenevalt tootmisviisist. Reaktsioonliimiga ränikarbiid moodustub ränikarbiidi osakeste omavahelise sidumise teel reaktsiooniprotsessis.
See protsess ei mõjuta oluliselt enamikku materjali füüsikalistest ja termilistest omadustest, kuid piirab materjali keemilist vastupidavust. Kõige sagedamini probleeme tekitavad kemikaalid on leelised (ja muud kõrge pH-ga kemikaalid) ning tugevad happed ning seetõttu ei tohiks reaktsiooni teel seotud ränikarbiidi nendes rakendustes kasutada.
Reaktsioon-paagutatud infiltreeritudränikarbiid. Sellises materjalis täidetakse algse SIC-materjali poorid infiltratsiooniprotsessi käigus metallilise räni läbipõletamise teel, mille tulemusel tekib sekundaarne SiC ja materjal omandab erakordsed mehaanilised omadused, muutudes kulumiskindlaks. Minimaalse kokkutõmbumise tõttu saab seda kasutada suurte ja keerukate detailide tootmisel kitsaste tolerantsidega. Ränisisaldus piirab aga maksimaalset töötemperatuuri 1350 °C-ni ja keemiline vastupidavus on samuti piiratud umbes pH 10-ga. Materjali ei soovitata kasutada agressiivses aluselises keskkonnas.
PaagutatudRänikarbiidi saadakse eelpressitud väga peene SIC-granulaadi paagutamisel temperatuuril 2000 °C, et moodustada materjali terade vahel tugevad sidemed.
Esmalt võre pakseneb, seejärel poorsus väheneb ja lõpuks paakuvad teradevahelised sidemed. Sellise töötlemise käigus toimub toote märkimisväärne kahanemine – umbes 20%.
SSIC tihendusrõngas on vastupidav kõikidele kemikaalidele. Kuna selle struktuur ei sisalda metallilist räni, saab seda kasutada temperatuuril kuni 1600 °C, ilma et see mõjutaks selle tugevust.
| omadused | R-SiC | S-SiC |
| Poorsus (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Tihedus (g/cm3) | 3.05 | 3,1–3,15 |
| Kõvadus | 110–125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Elastsusmoodul (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| SiC sisaldus (%) | ≥85% | ≥99% |
| Si sisaldus (%) | ≤15% | 0,10% |
| Paindetugevus (MPa) | ≥350 | 450 |
| Survetugevus (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Soojuspaisumistegur (1/℃) | 4,5 × 10⁻⁶ | 4,3 × 10⁻⁶ |
| Kuumuskindlus (atmosfääris) (℃) | 1300 | 1600 |
TC mehaaniline tihend
TC-materjalidel on kõrge kõvadus, tugevus, kulumiskindlus ja korrosioonikindlus. Seda tuntakse ka kui "tööstuslikku hammast". Tänu oma suurepärasele jõudlusele on seda laialdaselt kasutatud sõjatööstuses, lennunduses, masinaehituses, metallurgias, naftapuurimises, elektroonilises side valdkonnas, arhitektuuris ja muudes valdkondades. Näiteks pumpades, kompressorites ja segistites kasutatakse mehaaniliste tihenditena volframkarbiidrõngaid. Hea kulumiskindlus ja kõrge kõvadus muudavad selle sobivaks kulumiskindlate osade tootmiseks, mis taluvad kõrgeid temperatuure, hõõrdumist ja korrosiooni.
Keemilise koostise ja kasutusomaduste järgi saab TC jagada nelja kategooriasse: volframkoobalt (YG), volframtitaan (YT), volframtitaantantaal (YW) ja titaankarbiid (YN).
Volframkoobalti (YG) kõvasulam koosneb WC-st ja Co-st. See sobib habraste materjalide, näiteks malmi, värviliste metallide ja mittemetalliliste materjalide töötlemiseks.
Stelliit (YT) koosneb WC-st, TiC-st ja Co-st. TiC lisamine sulamile parandab selle kulumiskindlust, kuid vähendab paindetugevust, lihvimisomadusi ja soojusjuhtivust. Madala temperatuuri tõttu sobib see ainult üldiste materjalide kiireks lõikamiseks, mitte aga habraste materjalide töötlemiseks.
Sulamile lisatakse sobiva koguse tantaalkarbiidi või nioobiumkarbiidi abil volframtitaani, tantaali (nioobium) ja koobaltit (YW), et suurendada kõrge temperatuuriga kõvadust, tugevust ja kulumiskindlust. Samal ajal paraneb ka sitkus ja parem üldine lõikeomadus. Seda kasutatakse peamiselt kõvade materjalide ja katkendliku lõikamise jaoks.
Karboniseeritud titaani baasklass (YN) on kõvasulam, mille kõva faas koosneb TiC-st, niklist ja molübdeenist. Selle eelisteks on kõrge kõvadus, liimimisvastane võime, poolkuu kulumise vastane võime ja oksüdatsioonivastane võime. Seda saab töödelda ka temperatuuril üle 1000 kraadi. Seda saab kasutada legeerterase pidevaks viimistlemiseks ja karastusterase töötlemiseks.
| mudel | nikli sisaldus (massiprotsent) | tihedus (g/cm²) | kõvadus (HRA) | paindetugevus (≥N/mm²) |
| YN6 | 5,7–6,2 | 14,5–14,9 | 88,5–91,0 | 1800. aasta |
| YN8 | 7,7–8,2 | 14,4–14,8 | 87,5–90,0 | 2000. aasta |
| mudel | koobalti sisaldus (massiprotsent) | tihedus (g/cm²) | kõvadus (HRA) | paindetugevus (≥N/mm²) |
| YG6 | 5,8–6,2 | 14,6–15,0 | 89,5–91,0 | 1800. aasta |
| YG8 | 7,8–8,2 | 14,5–14,9 | 88,0–90,5 | 1980. aastal |
| YG12 | 11,7–12,2 | 13,9–14,5 | 87,5–89,5 | 2400 |
| YG15 | 14,6–15,2 | 13,9–14,2 | 87,5–89,0 | 2480 |
| YG20 | 19,6–20,2 | 13,4–13,7 | 85,5–88,0 | 2650 |
| YG25 | 24,5–25,2 | 12,9–13,2 | 84,5–87,5 | 2850 |