Mehaničke brtveigraju vrlo važnu ulogu u izbjegavanju curenja za mnoge različite industrije. U pomorstvu postojemehaničke brtve pumpe, mehaničke brtve rotirajuće osovine. A u industriji nafte i plina imapatronske mehaničke brtve,split mehaničke brtve ili mehaničke brtve sa suhim plinom. U automobilskoj industriji postoje vodene mehaničke brtve. I u kemijskoj industriji postoje mehaničke brtve miješalice (mehaničke brtve mješalice) i mehaničke brtve kompresora.
Ovisno o različitim uvjetima uporabe, 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, mehaničke brtve od silikonskog karbida,SSIC mehaničke brtve iTC mehaničke brtve.
Keramičke mehaničke brtve
Keramičke mehaničke brtve kritične su komponente u raznim industrijskim primjenama, dizajnirane za sprječavanje istjecanja tekućina između dviju površina, kao što su rotirajuća osovina i nepokretno kućište. Ove su brtve visoko cijenjene zbog svoje iznimne otpornosti na trošenje, otpornosti na koroziju i sposobnosti podnošenja ekstremnih temperatura.
Primarna uloga keramičkih mehaničkih brtvi je održavanje cjelovitosti opreme sprječavanjem gubitka tekućine ili kontaminacije. Koriste se u brojnim industrijama, uključujući naftu i plin, kemijsku obradu, obradu vode, farmaceutske proizvode i preradu hrane. Široka uporaba ovih brtvi može se pripisati njihovoj izdržljivoj konstrukciji; izrađeni su od naprednih keramičkih materijala koji nude vrhunske karakteristike performansi u usporedbi s drugim materijalima za brtvljenje.
Keramičke mehaničke brtve sastoje se od dvije glavne komponente: jedna je mehanička nepokretna površina (obično izrađena od keramičkog materijala), a druga je mehanička rotacijska površina (obično izrađena od ugljičnog grafita). Brtvljenje se događa kada se obje strane pritisnu jedna uz drugu pomoću sile opruge, stvarajući učinkovitu barijeru protiv curenja tekućine. Dok oprema radi, film za podmazivanje između brtvenih površina smanjuje trenje i habanje dok održava čvrsto brtvljenje.
Jedan ključni čimbenik koji izdvaja keramičke mehaničke brtve od ostalih vrsta je njihova izvanredna otpornost na trošenje. 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 pokazuje i iznimnu toplinsku stabilnost. Mogu izdržati visoke temperature bez degradacije ili gubitka učinkovitosti brtvljenja. To ih čini prikladnima za upotrebu u primjenama na visokim temperaturama gdje bi drugi materijali za brtvljenje mogli prerano otkazati.
Na kraju, keramičke mehaničke brtve nude izvrsnu kemijsku kompatibilnost, uz otpornost na razne korozivne tvari. To ih čini privlačnim izborom za industrije koje rutinski rade s jakim kemikalijama i agresivnim tekućinama.
Keramičke mehaničke brtve su neophodnebrtve komponentidizajniran za sprječavanje istjecanja tekućine u industrijskoj opremi. Njihova jedinstvena svojstva, kao što su otpornost na habanje, toplinska stabilnost i kemijska kompatibilnost, čine ih preferiranim izborom za različite primjene u više industrija
| fizičko svojstvo 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 |
| Čvrstoća na lom | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Koeficijent toplinske ekspanzije | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Toplinska vodljivost | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Karbonske mehaničke brtve
Mehanička karbonska brtva ima dugu povijest. Grafit je izoforma elementa ugljika. Godine 1971. Sjedinjene Države proučavale su uspješan fleksibilni grafitni materijal za mehaničko brtvljenje, koji je riješio propuštanje ventila atomske energije. Nakon duboke obrade, fleksibilni grafit postaje izvrstan materijal za brtvljenje, od kojeg se izrađuju različite karbonske mehaničke brtve s učinkom brtvenih komponenti. Ove ugljične mehaničke brtve koriste se u kemijskoj, naftnoj i elektroenergetskoj industriji, kao što su brtve za tekućine na visokim temperaturama.
Budući da fleksibilni grafit nastaje ekspandiranjem ekspandiranog grafita nakon visoke temperature, količina interkalacijskog sredstva koje ostaje u fleksibilnom grafitu je vrlo mala, ali ne u potpunosti, tako da postojanje i sastav interkalacijskog sredstva ima veliki utjecaj na kvalitetu i performanse proizvoda.
Odabir materijala za lice karbonske brtve
Izvorni izumitelj koristio je koncentriranu sumpornu kiselinu kao oksidans i sredstvo za interkaliranje. Međutim, nakon nanošenja na brtvu metalne komponente, mala količina sumpora koji je ostao u fleksibilnom grafitu je nagrizala kontaktni metal nakon dugotrajne uporabe. S obzirom na ovu točku, neki domaći znanstvenici pokušali su je poboljšati, poput Song Kemina koji je izabrao octenu kiselinu i organsku kiselinu umjesto sumporne kiseline. kiselinu, usporite u dušičnoj kiselini i snizite temperaturu na sobnu temperaturu, napravljen od mješavine dušične kiseline i octene kiseline. Korištenjem mješavine dušične i octene kiseline kao sredstva za umetanje, ekspandirani grafit bez sumpora pripremljen je s kalijevim permanganatom kao oksidansom, a dušičnoj kiselini polagano je dodavana octena kiselina. Temperatura se spusti na sobnu i napravi se smjesa dušične i octene kiseline. Zatim se ovoj smjesi dodaju prirodni grafit u obliku pahuljica i kalijev permanganat. Uz stalno miješanje, temperatura je 30 C. Nakon reakcije od 40 minuta, voda se ispere do neutralne i suši na 50~60 C, a ekspandirani grafit se napravi nakon ekspanzije na visokoj temperaturi. Ovom se metodom ne postiže vulkanizacija pod uvjetom da proizvod može postići određeni volumen ekspanzije, kako bi se postigla relativno stabilna priroda materijala za brtvljenje.
| Tip | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Marka | Impregniran | Impregniran | Impregnirani fenolom | Antimon ugljik (A) | |||||
| Gustoća | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Čvrstoća na lom | 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 silicij karbida
Silicijev karbid (SiC) je također poznat kao karborundum, koji je napravljen od kvarcnog pijeska, naftnog koksa (ili koksa ugljena), drvene sječke (koju je potrebno dodati kada se proizvodi zeleni silicij karbid) 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. Kineska industrijska proizvodnja silicij-karbida trenutno je podijeljena na crni silicij-karbid i zeleni silicij-karbid, a oba su heksagonalni kristali s udjelom od 3,20 ~ 3,25 i mikrotvrdoćom od 2840 ~ 3320 kg/m².
Proizvodi od silicij-karbida klasificirani su u mnogo vrsta prema različitom okruženju primjene. Općenito se koristi više mehanički. Na primjer, silicijev karbid je idealan materijal za mehaničku brtvu od silicij karbida zbog svoje dobre otpornosti na kemijsku koroziju, visoke čvrstoće, visoke tvrdoće, dobre otpornosti na trošenje, malog koeficijenta trenja i otpornosti na visoke temperature.
SIC brtveni prstenovi mogu se podijeliti na statični prsten, pokretni prsten, ravni prsten i tako dalje. Od SiC silicija se mogu izraditi različiti proizvodi od karbida, kao što su rotirajući prsten od silicij-karbida, stacionarno sjedalo od silicij-karbida, grm od silicij-karbida i tako dalje, prema posebnim zahtjevima kupaca. Također se može koristiti u kombinaciji s grafitnim materijalom, a njegov koeficijent trenja je manji od aluminijeve keramike i tvrde legure, tako da se može koristiti u visokoj PV vrijednosti, posebno u uvjetima jake kiseline i jake lužine.
Smanjeno trenje SIC-a jedna je od ključnih prednosti njegove primjene u mehaničkim brtvama. SIC stoga može podnijeti habanje bolje od drugih materijala, produžujući vijek trajanja brtve. Osim toga, smanjeno trenje SIC-a smanjuje potrebu za podmazivanjem. Nedostatak podmazivanja smanjuje mogućnost onečišćenja i korozije, poboljšavajući učinkovitost i pouzdanost.
SIC također ima veliku otpornost na trošenje. To znači da može izdržati kontinuiranu upotrebu bez kvarenja ili lomljenja. To ga čini savršenim materijalom za namjene koje zahtijevaju visoku razinu pouzdanosti i izdržljivosti.
Također se može ponovno preklopiti i polirati tako da se brtva može obnoviti više puta tijekom svog životnog vijeka. Općenito se više koristi mehanički, kao što su mehaničke brtve zbog dobre otpornosti na kemijsku koroziju, visoke čvrstoće, visoke tvrdoće, dobre otpornosti na trošenje, malog koeficijenta trenja i otpornosti na visoke temperature.
Kada se koristi za površine mehaničkih brtvi, silicijev karbid rezultira poboljšanim performansama, produljenim vijekom trajanja brtve, nižim troškovima održavanja i nižim troškovima rada za rotirajuću opremu kao što su turbine, kompresori i centrifugalne pumpe. Silicijev karbid može imati različita svojstva ovisno o tome kako je proizveden. Reakcijski vezan silicij karbid nastaje međusobnim spajanjem čestica silicij karbida u reakcijskom procesu.
Ovaj proces ne utječe značajno na većinu fizičkih i toplinskih svojstava materijala, ali ograničava kemijsku otpornost materijala. Najčešće kemikalije koje predstavljaju problem su kaustici (i druge kemikalije s visokim pH) i jake kiseline, pa se stoga reakcijski vezani silicijev karbid ne bi trebao koristiti s ovim primjenama.
Reakcijski sinterirano infiltriranosilicijev karbid. U takvom materijalu se pore izvornog SIC materijala popunjavaju u procesu infiltracije izgaranjem metalnog silicija, pri čemu nastaje sekundarni SiC i materijal dobiva izuzetna mehanička svojstva, postaje otporan na habanje. Zbog minimalnog skupljanja, može se koristiti u proizvodnji velikih i složenih dijelova s malim tolerancijama. Međutim, sadržaj silicija ograničava maksimalnu radnu temperaturu na 1350 °C, kemijska otpornost također je ograničena na oko pH 10. Materijal se ne preporučuje za upotrebu u agresivnim alkalnim okruženjima.
Sinteriranosilicijev karbid dobiva se sinteriranjem prethodno stlačenog vrlo finog SIC granulata na temperaturi od 2000 °C kako bi se stvorile jake veze između zrnaca materijala.
Najprije dolazi do zgušnjavanja rešetke, zatim do smanjenja poroznosti i konačno do sinteriranja veza između zrna. U procesu takve obrade dolazi do značajnog skupljanja proizvoda - za oko 20%.
SSIC brtveni prsten otporan je na sve kemikalije. Budući da u njegovoj strukturi nema metalnog silicija, može se koristiti na temperaturama do 1600C 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% |
| Si sadržaj (%) | ≤15% | 0,10% |
| Čvrstoća na savijanje (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Čvrstoća na pritisak (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Koeficijent toplinske ekspanzije (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
| Otpornost na toplinu (u atmosferi) (℃) | 1300 | 1600 |
TC mehanička brtva
TC materijali imaju značajke visoke tvrdoće, čvrstoće, otpornosti na abraziju i otpornost na koroziju. Poznat je kao "industrijski zub". Zbog svojih vrhunskih performansi naširoko se koristi u vojnoj industriji, zrakoplovstvu, mehaničkoj obradi, metalurgiji, bušenju nafte, elektroničkim komunikacijama, arhitekturi i drugim područjima. Na primjer, u pumpama, kompresorima i mješačima, prsten od volfram karbida koristi se kao mehanička brtva. Dobra otpornost na abraziju i visoka tvrdoća čine ga prikladnim za izradu dijelova otpornih na habanje s visokom temperaturom, trenjem i korozijom.
Prema kemijskom sastavu i karakteristikama uporabe, TC se može podijeliti u četiri kategorije: volfram kobalt (YG), volfram-titan (YT), volfram titan tantal (YW) i titan karbid (YN).
Tvrda legura volfram kobalt (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. Zbog dodatka TiC leguri, njegova otpornost na habanje je poboljšana, ali su smanjena čvrstoća na savijanje, učinak brušenja i toplinska vodljivost. Zbog svoje lomljivosti na niskim temperaturama, prikladan je samo za brzo rezanje općih materijala, a ne za obradu lomljivih materijala.
Volfram titan tantal (niobij) kobalt (YW) dodaje se leguri kako bi se povećala tvrdoća na visokim temperaturama, čvrstoća i otpornost na abraziju putem odgovarajuće količine tantal karbida ili niobij karbida. U isto vrijeme, žilavost je također poboljšana s boljom sveobuhvatnom izvedbom rezanja. Uglavnom se koristi za tvrdo rezanje materijala i isprekidano rezanje.
Osnovna klasa karboniziranog titana (YN) je tvrda legura s tvrdom fazom TiC, nikla i molibdena. Njegove prednosti su visoka tvrdoća, sposobnost protiv lijepljenja, protiv trošenja u obliku polumjeseca i sposobnost protiv oksidacije. Na temperaturi većoj od 1000 stupnjeva, još uvijek se može obraditi. Primjenjiv je na kontinuiranu završnu obradu legiranog čelika i čelika za kaljenje.
| model | sadržaj nikla（wt %） | gustoća (g/cm²) | tvrdoća (HRA) | čvrstoća na savijanje (≥N/mm²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14.5-14.9 | 88,5-91,0 | 1800 |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14.4-14.8 | 87,5-90,0 | 2000. godine |
| model | sadržaj kobalta（wt %） | gustoća (g/cm²) | tvrdoća (HRA) | čvrstoća na savijanje (≥N/mm²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800 |
| YG8 | 7,8-8,2 | 14.5-14.9 | 88,0-90,5 | 1980. godine |
| 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 |