碳化硅陶瓷的用途有哪些

摘要：碳化硅（SiC）陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。例如，SiC陶瓷可用作各类鱼竿
碳化硅（SiC）陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。例如，SiC陶瓷可用作各类鱼竿导环（过线环）、轴承、滚珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏和火箭燃烧室内衬等等。
SiC陶瓷的优异性能与其独特结构密切相关。SiC是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12％左右。因此，SiC强度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯SiC不会被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化，但氧化时表面形成的SiO2会抑制氧的进一步扩散，故氧化速率并不高。在电性能方面，SiC具有半导体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外，SiC还有优良的导热性。

密封环是一种带有缺口的环状密封件，靠被压拢后所具有的弹性而抵紧在静止件的内孔壁上起密封作用。密封环是一种带有缺口的环状密封件，把它放置在套筒的环槽内，套筒与轴一起转动，密封环靠缺口被压拢后所具有的弹性而抵紧在静止件的内孔壁上，即可起到密封的作用。各个接触表面均需经硬化处理并磨光。密封环用含铬的耐磨铸铁制造，可用于滑动速度小于100m/s之处；若滑动速度为60～80m/s范围内，也可以用锡青铜制造密封环。
密封环的种类：
根据制造方法和材料的不同，密封环有整体式密封环（用同一种材料制造）、组合式密封环，表面堆焊硬质合金和喷涂陶瓷等多种结构。
一、整体式密封环
这种密封环因用同一种材料制成，材料的性能在密封环的各个部位均匀一致，没有组合式密封环泄漏和分离的缺陷，也没有电化学腐蚀的可能。制造软环大都用石墨，制造硬环时可用各种合金钢，如轴承钢(GCr9)、高速钢(W18Cr4V)及其他合金钢（如1140Cr、3Cr13等），也有的用合金铸铁。（如硅、铬和镍铸铁）。采用这些材料时，都要辅之以适当的热处理工艺，以提高其硬度和耐磨性。这类材料价格较低，如果使用恰当，也有较长的寿命。为了进一步提高硬度和延长使用寿命，可采用硬质合金制造。常用的硬质合金为钴基碳化钨，性能较好，但价格高。钢结硬质合金的价格较低。为了提高在腐蚀介质中的耐蚀性，有镍基碳化钨，而哈氏合金有更高的耐蚀性，但价格昂贵。此外，还有用碳化硅及其他陶瓷材料制造的密封环。
二、组合式密封环
碳化钨等材料有优良的性能，但是价格高，加工困难，限制了它的使用。为解决这个矛盾，出现了组合式密封环。密封端面采用硬质合金，密封环的基体（称为环座）则用普通材料制成。为解决硬质合金环和环座之间的联接和密封，产生了热装式、带密封圈式、焊接和钎焊四种组合式密封环。
1、带O形圈的密封环
这种组合式密封环在硬质合金环与环座之间用H7/g8的滑动配合。在两者配合圆柱面间置一聚四氟乙烯或合成橡胶制戚的。形密封圈，防止其间的密封流体泄漏，且将硬质合金环与环座组合在一起．在硬质合金环与环蛊街平面结合处设一销钉，以传递扭矩。此种组合结构，无组合应力产生，也无由此引起的组合密封环的密封端面的变形，但是组合密封环零件的数量增加了，还需要在硬质合拿环上钻孔或槽，给制造增加了难度，同时由于增设了。形圈，密封环的使用温度受到了限制。
2、功热装式密封环
为提高带。形圈密封环的使用温度，出现了热装式密封环。它是靠硬质合金环和环座之间的过盈配合来传递扭矩并实现密封，是应用最多的一种密封环（图23）。这种密封环组合时将环座加热，环座孔受热胀大，放入硬质合金环，冷却之后两者在过盈下完成组合，再在常温下研磨和抛光密封端面到要求的精度。这种环的缺点是，随着时间的推移，环境和使用温度的变化，密封端面的平面度将发生变化而不符合要求。究其原因，一是热装结构本身存在过盈，且接触应力不均匀，使之产生帆械变形；二是由予使用温度较高（或过低），材料物理性能（主要是线膨胀系数）的差异使硬质合金环和环座的配合部位不能同步胀缩，过盈量发生变化，接触应力也随着发生变化，这种变化对密封环的使用产生影响。密封端面变形破坏了平面度，更有甚者丧失过盈，使联接失效，硬质合金环脱落。
3、焊接的组合式密封环
为克服热装式密封环松脱的缺陷，出现了焊接的密封环。所用的硬质合金是以Cr3C2为硬质相、Ni为粘结相的烧结合金材料。耐腐蚀优于YG6等硬质合金，高温下具有优异的抗氧化性能，在1000℃空气中加热2小时无任何变化。但是导热性能较差，仅为YG6的1/3，线膨胀系数大，比YG6大1倍多，为10210-8/℃（10~500℃时）。这两点决定了耐热冲击性能不如YG6好。正因为线膨胀系数较大，和马氏体不锈钢接近（10~500℃时为1110-6/℃），为和环座焊接提供了有利条件。焊接时需在环和座之间铺放一层镍基粉末，置于真空电阻炉中，经1100℃高温熔焊，然后进行圆火处理，以消际焊接应力。出于是焊接的密封环，硬质合金环厚度可以比YG6薄，毛坯的厚度也只有3~36mm。又因密度小，是YG6的一半(7～75g/cm8)，因此，可节约贵重金属，价格较低。这种合金的牌号为CNIS,其中Cr3C285%、Ni15%。
4、钎焊的组合式密封环
为傈持碳化钨的优良性能，韵缺陷，出现了钎焊的密封环。座上开坡口，用一种低熔点焊料，在环和座之间施焊，焊料熔化后将环和座联接在一起，并实现两者之间的密封。这种密封环的突出优点是硬质合金克服热装密封环变形和松脱图3为这种环的结构。在环环不变形。一方面环和座之间图3钎焊的密封环韵配合面上无挤压应力；另一方面采用激光焊接，热量高度集中在焊料处，加热时间短，环和座几乎不被加热，更不可能在髂化的情况下完成焊接。焊料塑性很好，仅存的焊接应力已被焊料吸收。

耐高温以及价格。
1、耐高温性，由于碳化硅材料的性能，因此碳化硅密封环具有耐高温性，根据不同的工艺，耐高温的性能不一样。
2、价格上，由于碳化硅材料造价昂贵，因此价格更高。

按照每套机械密封中密封端面的对数来分，可分为双端面机械密封和单端面机械密封两大类。
每大类中均有许多不同的结构以及不同的密封环材料配对，以适应不同介质、不同结构潜水电泵的使用要求。通常的潜水排污泵所配置的机械密封都是单端面的机械密封,大流量潜水排污泵所配置的机械密封是2个109型的单端面密封装配在一起相当于属于双端面机械密封。

该密封属于双端面机械密封由两道密封副组成，靠近泵端的第一道密封主要用以防止机外杂质沙粒侵入，并防止密封室内油液外泄和机外水进入，常用高硬度耐磨材料如碳化钨、碳化硅、氧化铝陶瓷以及氮化硅材料制成密封环，具体材料的选用按照潜水电泵不同的工作条件和对制造成本的要求加以确定。
双端面机械密封除用于于式下泵型排污泵外，电可用于充油式、干式等上泵型潜水电泵。广泛用于功率较小的（1Y型充油式潜水电泵或Q型于式潜水电泵中的整体式机械密封盒就是一种典型的双端面机械密封，只是在其外部加了一个密封安装盒，使整个密封装配出厂时成为整体状态，方便了安装使用，也可减少因装配不当对机械密封使用性能造成的影响。
QW型或WQ型潜水排污泵、BQW型、QWK型和QBK型等矿用隔爆型潜污水电泵以及QX型抽送水中带颗粒杂质的下泵型潜水电泵常选用碳化钨或碳化硅密封环，抗沙耐磨性能好、使用寿命长，价格则比较高。

碳化硅是一种非常硬的陶瓷材料，具有很高的耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性。它具有以下特点和用途：

高硬度：碳化硅是一种非常硬的材料，硬度接近于钻石。因此，它可以用于制造切割工具、研磨头、砂纸和磨料等。

高耐磨性：碳化硅非常耐磨，即使在高温和恶劣的环境下也能保持稳定性。它被广泛用于制造机械密封件、热电耦、汽车零部件和高温陶瓷。

高温稳定性：碳化硅可以在极端的高温下保持稳定性，具有较高的热导率和热震性能。因此，它被广泛应用于高温熔融金属处理、火箭发动机制造、高温窑炉等。

耐腐蚀性：碳化硅具有良好的耐腐蚀性，可以抵御大多数化学腐蚀和氧化。因此，它被广泛用于化学反应器、石油和天然气开采、电力等行业。

总的来说，碳化硅具有很多优良的物理和化学性质，可以广泛应用于制造、工业和科学领域。