Mehaničke brtveigraju vrlo važnu ulogu u sprječavanju curenja za mnoge različite industrije. U pomorskoj industriji postojemehaničke brtve pumpe, mehaničke brtve rotirajućeg vratila. A u naftnoj i plinskoj industriji postojemehaničke brtve uloška,prorezne mehaničke brtve ili suhe plinske mehaničke brtve. U automobilskoj industriji postoje vodene mehaničke brtve. A u kemijskoj industriji postoje mehaničke brtve miksera (mehaničke brtve agitatora) i mehaničke brtve kompresora.
Ovisno o različitim uvjetima korištenja, potrebno je mehaničko brtvljenje s različitim materijalom. Postoje mnoge vrste materijala koji se koriste umehaničke brtve vratila kao što su keramičke mehaničke brtve, karbonske mehaničke brtve, silikonsko-karbidne mehaničke brtve,SSIC mehaničke brtve iTC mehaničke brtve.
Keramičke mehaničke brtve
Keramičke mehaničke brtve ključne su komponente u raznim industrijskim primjenama, dizajnirane za sprječavanje curenja tekućina između dvije površine, poput rotirajućeg vratila i stacionarnog kućišta. Ove su brtve visoko cijenjene zbog svoje iznimne otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju i sposobnosti izdržavanja ekstremnih temperatura.
Primarna uloga keramičkih mehaničkih brtvi je održavanje integriteta opreme sprječavanjem gubitka tekućine ili kontaminacije. Koriste se u brojnim industrijama, uključujući naftu i plin, kemijsku preradu, obradu vode, farmaceutsku industriju i preradu hrane. Široka upotreba ovih brtvi može se pripisati njihovoj izdržljivoj konstrukciji; izrađene su od naprednih keramičkih materijala koji nude vrhunske karakteristike performansi u usporedbi s drugim materijalima za brtve.
Keramičke mehaničke brtve sastoje se od dvije glavne komponente: jedna je mehanička stacionarna površina (obično izrađena od keramičkog materijala), a druga je mehanička rotacijska površina (obično izrađena od ugljičnog grafita). Brtvljenje se događa kada se obje površine pritisnu jedna uz drugu silom opruge, stvarajući učinkovitu barijeru protiv curenja tekućine. Dok oprema radi, film za podmazivanje između brtvenih površina smanjuje trenje i habanje, a istovremeno održava čvrsto brtvljenje.
Jedan ključni faktor koji razlikuje keramičke mehaničke brtve od drugih vrsta je njihova izvanredna otpornost na habanje. Keramički materijali posjeduju izvrsna svojstva tvrdoće koja im omogućuju da izdrže abrazivne uvjete bez značajnih oštećenja. To rezultira dugotrajnijim brtvama koje zahtijevaju rjeđu zamjenu ili održavanje od onih izrađenih od mekših materijala.
Osim otpornosti na habanje, keramika također pokazuje iznimnu toplinsku stabilnost. Može izdržati visoke temperature bez degradacije ili gubitka učinkovitosti brtvljenja. To je čini prikladnom za upotrebu u primjenama na visokim temperaturama gdje bi drugi materijali za brtvljenje mogli prerano otkazati.
Konačno, keramičke mehaničke brtve nude izvrsnu kemijsku kompatibilnost, s otpornošću na razne korozivne tvari. To ih čini atraktivnim izborom za industrije koje rutinski rade s jakim kemikalijama i agresivnim tekućinama.
Keramičke mehaničke brtve su neophodnebrtve komponentidizajnirani su za sprječavanje curenja tekućine u industrijskoj opremi. Njihova jedinstvena svojstva, poput otpornosti na habanje, toplinske stabilnosti i kemijske kompatibilnosti, čine ih preferiranim izborom za različite primjene u više industrija
| fizička svojstva keramike | ||||
| Tehnički parametar | jedinica | 95% | 99% | 99,50% |
| Gustoća | g/cm3 | 3.7 | 3,88 | 3.9 |
| Tvrdoća | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Stopa poroznosti | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Lomna čvrstoća | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Koeficijent toplinskog širenja | 10(-6)/K | 5,5 | 5.3 | 5.2 |
| Toplinska vodljivost | W/MK | 27,8 | 26,7 | 26 |
Karbonske mehaničke brtve
Mehanička brtva od ugljika ima dugu povijest. Grafit je izoform elementa ugljika. Godine 1971. Sjedinjene Države su uspješno proučavale fleksibilni grafitni materijal za mehaničko brtvljenje, koji je riješio problem curenja atomskog energetskog ventila. Nakon dubinske obrade, fleksibilni grafit postaje izvrstan materijal za brtvljenje, koji se prerađuje u razne ugljične mehaničke brtve s učinkom brtvljenja komponenti. Ove ugljične mehaničke brtve koriste se u kemijskoj, naftnoj i elektroenergetskoj industriji, kao što su brtvljenje tekućina na visokim temperaturama.
Budući da se fleksibilni grafit formira širenjem ekspandiranog grafita nakon visoke temperature, količina interkalirajućeg sredstva koja ostaje u fleksibilnom grafitu je vrlo mala, ali ne u potpunosti, tako da prisutnost i sastav interkalirajućeg sredstva imaju veliki utjecaj na kvalitetu i performanse proizvoda.
Odabir materijala za prednju stranu brtve od karbona
Izvorni izumitelj koristio je koncentriranu sumpornu kiselinu kao oksidans i interkalirajuće sredstvo. Međutim, nakon nanošenja na brtvu metalne komponente, utvrđeno je da mala količina sumpora koja je ostala u fleksibilnom grafitu nagriza kontaktni metal nakon dugotrajne upotrebe. S obzirom na to, neki domaći znanstvenici pokušali su ga poboljšati, poput Song Kemina koji je odabrao octenu kiselinu i organsku kiselinu umjesto sumporne kiseline. Smjesa dušične kiseline, sporo reagira s dušičnom kiselinom i snižava temperaturu na sobnu temperaturu, napravljena je od smjese dušične kiseline i octene kiseline. Korištenjem smjese dušične kiseline i octene kiseline kao sredstva za umetanje, pripremljen je ekspandirani grafit bez sumpora s kalijevim permanganatom kao oksidansom, a octena kiselina polako je dodavana dušičnoj kiselini. Temperatura se snižava na sobnu temperaturu i priprema se smjesa dušične kiseline i octene kiseline. Zatim se u ovu smjesu dodaju prirodni pahuljasti grafit i kalijev permanganat. Uz stalno miješanje, temperatura je 30 °C. Nakon reakcije od 40 minuta, voda se ispire do neutralne reakcije i suši na 50~60 °C, a ekspandirani grafit se priprema nakon ekspanzije na visokoj temperaturi. Ovom metodom se ne postiže vulkanizacija pod uvjetom da proizvod može postići određeni volumen širenja, kako bi se postigla relativno stabilna priroda brtvenog materijala.
| Tip | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Robna marka | Impregniran | Impregniran | Impregnirani fenol | Antimon ugljik (A) | |||||
| Gustoća | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Lomna čvrstoća | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Tlačna čvrstoća | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Tvrdoća | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Poroznost | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Temperature | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Mehaničke brtve od silicijevog karbida
Silicijev karbid (SiC) poznat je i kao karborundum, a izrađuje se od kvarcnog pijeska, naftnog koksa (ili ugljenog koksa), drvne sječke (koja se mora dodati pri proizvodnji zelenog silicijevog karbida) i tako dalje. Silicijev karbid također ima rijedak mineral u prirodi, dud. U suvremenim C, N, B i drugim neoksidnim visokotehnološkim vatrostalnim sirovinama, silicijev karbid je jedan od najčešće korištenih i najekonomičnijih materijala, koji se može nazvati zlatni čelični pijesak ili vatrostalni pijesak. Trenutno se kineska industrijska proizvodnja silicijevog karbida dijeli na crni silicijev karbid i zeleni silicijev karbid, a oba su heksagonalni kristali s udjelom od 3,20 ~ 3,25 i mikrotvrdoćom od 2840 ~ 3320 kg/m².
Proizvodi od silicijevog karbida klasificiraju se u mnogo vrsta prema različitim uvjetima primjene. Općenito se koriste više mehanički. Na primjer, silicijev karbid je idealan materijal za mehaničko brtvljenje od silicijevog karbida zbog svoje dobre kemijske otpornosti na koroziju, visoke čvrstoće, visoke tvrdoće, dobre otpornosti na habanje, malog koeficijenta trenja i otpornosti na visoke temperature.
SIC brtveni prstenovi mogu se podijeliti na statičke prstenove, pokretne prstenove, ravne prstenove i tako dalje. SiC silicij se može izraditi u različite karbidne proizvode, kao što su rotacijski prsten od silicij-karbida, stacionarno sjedište od silicij-karbida, čahura od silicij-karbida i tako dalje, prema posebnim zahtjevima kupaca. Također se može koristiti u kombinaciji s grafitnim materijalom, a koeficijent trenja mu je manji od aluminijeve keramike i tvrdih legura, pa se može koristiti u uvjetima visoke PV vrijednosti, posebno u uvjetima jakih kiselina i jakih lužina.
Smanjeno trenje SIC-a jedna je od ključnih prednosti njegove upotrebe u mehaničkim brtvama. SIC stoga može bolje podnijeti habanje od drugih materijala, produžujući vijek trajanja brtve. Osim toga, smanjeno trenje SIC-a smanjuje potrebu za podmazivanjem. Nedostatak podmazivanja smanjuje mogućnost kontaminacije i korozije, poboljšavajući učinkovitost i pouzdanost.
SIC također ima veliku otpornost na habanje. To ukazuje na to da može izdržati kontinuiranu upotrebu bez propadanja ili loma. Zbog toga je savršen materijal za upotrebe koje zahtijevaju visoku razinu pouzdanosti i trajnosti.
Također se može ponovno brusiti i polirati tako da se brtva može obnavljati više puta tijekom svog vijeka trajanja. Općenito se koristi više mehanički, kao što je to slučaj kod mehaničkih brtvi zbog dobre kemijske otpornosti na koroziju, visoke čvrstoće, visoke tvrdoće, dobre otpornosti na habanje, malog koeficijenta trenja i otpornosti na visoke temperature.
Kada se koristi za mehaničke brtvene površine, silicijev karbid rezultira poboljšanim performansama, povećanim vijekom trajanja brtve, nižim troškovima održavanja i nižim troškovima rada rotirajuće opreme poput turbina, kompresora i centrifugalnih pumpi. Silicijev karbid može imati različita svojstva ovisno o načinu proizvodnje. Reakcijski vezani silicijev karbid nastaje vezanjem čestica silicijevog karbida jednih s drugima u reakcijskom procesu.
Ovaj proces ne utječe značajno na većinu fizičkih i toplinskih svojstava materijala, međutim ograničava kemijsku otpornost materijala. Najčešće kemikalije koje predstavljaju problem su kaustici (i druge kemikalije visokog pH) i jake kiseline, te se stoga reakcijski vezani silicijev karbid ne bi trebao koristiti u tim primjenama.
Reakcijsko sinterirano infiltriranosilicijev karbid. U takvom materijalu, pore izvornog SIC materijala ispunjavaju se procesom infiltracije izgaranjem metalnog silicija, čime se pojavljuje sekundarni SiC i materijal stječe iznimna mehanička svojstva, postajući otporan na habanje. Zbog minimalnog skupljanja, može se koristiti u proizvodnji velikih i složenih dijelova s uskim tolerancijama. Međutim, sadržaj silicija ograničava maksimalnu radnu temperaturu na 1350 °C, kemijska otpornost je također ograničena na oko pH 10. Materijal se ne preporučuje za upotrebu u agresivnim alkalnim okruženjima.
SinteriranoSilicijev karbid se dobiva sinteriranjem prethodno komprimiranog vrlo finog SIC granulata na temperaturi od 2000 °C kako bi se stvorile jake veze između zrna materijala.
Prvo se rešetka zgušnjava, zatim se poroznost smanjuje, a na kraju se veze između zrna sinteriraju. U procesu takve obrade dolazi do značajnog skupljanja proizvoda – za oko 20%.
SSIC brtveni prsten Otporan je na sve kemikalije. Budući da u svojoj strukturi ne sadrži metalni silicij, može se koristiti na temperaturama do 1600 °C bez utjecaja na njegovu čvrstoću.
| svojstva | R-SiC | S-SiC |
| Poroznost (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Gustoća (g/cm3) | 3,05 | 3,1~3,15 |
| Tvrdoća | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Modul elastičnosti (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Sadržaj SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Sadržaj silicija (%) | ≤15% | 0,10% |
| Čvrstoća na savijanje (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Tlačna čvrstoća (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Koeficijent toplinskog širenja (1/℃) | 4,5 × 10⁻⁶ | 4,3 × 10⁻⁶ |
| Otpornost na toplinu (u atmosferi) (℃) | 1300 | 1600 |
TC mehanička brtva
TC materijali imaju karakteristike visoke tvrdoće, čvrstoće, otpornosti na abraziju i otpornosti na koroziju. Poznati su kao "industrijski zub". Zbog svojih vrhunskih performansi, široko se koriste u vojnoj industriji, zrakoplovstvu, strojarstvu, metalurgiji, bušenju nafte, elektroničkim komunikacijama, arhitekturi i drugim područjima. Na primjer, u pumpama, kompresorima i miješalicama, volfram-karbidni prstenovi se koriste kao mehaničke brtve. Dobra otpornost na abraziju i visoka tvrdoća čine ih pogodnima za izradu dijelova otpornih na habanje s visokim temperaturama, trenjem i korozijom.
Prema kemijskom sastavu i karakteristikama upotrebe, TC se može podijeliti u četiri kategorije: volfram-kobalt (YG), volfram-titan (YT), volfram-titan (YW) i titan-karbid (YN).
Tvrda legura volfram-kobalta (YG) sastoji se od WC i Co. Pogodna je za obradu krhkih materijala poput lijevanog željeza, obojenih metala i nemetalnih materijala.
Stelit (YT) se sastoji od WC, TiC i Co. Dodatkom TiC leguri, poboljšana je otpornost na habanje, ali su se smanjile čvrstoća na savijanje, performanse brušenja i toplinska vodljivost. Zbog svoje krhkosti na niskim temperaturama, prikladan je samo za brzo rezanje općih materijala, a ne za obradu krhkih materijala.
Volfram, titan, tantal (niobij) i kobalt (YW) dodaju se leguri radi povećanja tvrdoće, čvrstoće i otpornosti na habanje na visokim temperaturama odgovarajućom količinom tantalovog ili niobijevog karbida. Istovremeno se poboljšava i žilavost s boljim sveobuhvatnim performansama rezanja. Uglavnom se koristi za tvrde materijale za rezanje i povremeno rezanje.
Karbonska titanska bazna klasa (YN) je tvrda legura s tvrdom fazom TiC, nikla i molibdena. Njene prednosti su visoka tvrdoća, sposobnost sprječavanja lijepljenja, otpornost na polumjesečasto trošenje i otpornost na oksidaciju. Na temperaturi većoj od 1000 stupnjeva, još uvijek se može strojno obrađivati. Primjenjiva je za kontinuiranu završnu obradu legiranog čelika i kaljenje čelika.
| model | sadržaj nikla (težinski %) | gustoća (g/cm²) | tvrdoća (HRA) | čvrstoća na savijanje (≥N/mm²) |
| YN6 | 5,7-6,2 | 14,5-14,9 | 88,5-91,0 | 1800. godine |
| YN8 | 7,7-8,2 | 14,4-14,8 | 87,5-90,0 | 2000. |
| model | sadržaj kobalta (težinski %) | gustoća (g/cm²) | tvrdoća (HRA) | čvrstoća na savijanje (≥N/mm²) |
| YG6 | 5,8-6,2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800. godine |
| YG8 | 7,8-8,2 | 14,5-14,9 | 88,0-90,5 | 1980. |
| 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 |