مهر و موم مکانیکینقش بسیار مهمی در جلوگیری از نشتی برای بسیاری از صنایع مختلف ایفا می کند.در صنایع دریایی وجود داردمهر و موم مکانیکی پمپ, مهر و موم مکانیکی شفت چرخان.و در صنعت نفت و گاز وجود داردمهر و موم مکانیکی کارتریج,مهر و موم مکانیکی تقسیم شده یا سیل مکانیکی گاز خشک.در صنایع خودرو آب بند مکانیکی آب وجود دارد.و در صنایع شیمیایی آب بند مکانیکی میکسر (سیل مکانیکی همزن) و سیل مکانیکی کمپرسور وجود دارد.
بسته به شرایط استفاده متفاوت، به محلول آب بندی مکانیکی با مواد مختلف نیاز دارد.انواع زیادی از مواد مورد استفاده درمهر و موم شفت مکانیکی مانند مهر و موم مکانیکی سرامیکی، مهر و موم مکانیکی کربن، مهر و موم مکانیکی کاربید سیلیکون,مهر و موم مکانیکی SSIC ومهر و موم مکانیکی TC.
مهر و موم مکانیکی سرامیکی
مهر و موم های مکانیکی سرامیکی اجزای حیاتی در کاربردهای مختلف صنعتی هستند که برای جلوگیری از نشت سیالات بین دو سطح، مانند شفت چرخان و محفظه ثابت طراحی شده اند.این مهر و موم ها به دلیل مقاومت در برابر سایش استثنایی، مقاومت در برابر خوردگی و توانایی مقاومت در برابر دماهای شدید بسیار ارزشمند هستند.
نقش اصلی مهر و موم های مکانیکی سرامیکی حفظ یکپارچگی تجهیزات با جلوگیری از اتلاف سیال یا آلودگی است.آنها در صنایع متعددی از جمله نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، تصفیه آب، داروسازی و فرآوری مواد غذایی استفاده می شوند.استفاده گسترده از این مهر و موم ها را می توان به ساختار بادوام آنها نسبت داد.آنها از مواد سرامیکی پیشرفته ساخته شده اند که ویژگی های عملکردی برتر را در مقایسه با سایر مواد مهر و موم ارائه می دهند.
مهر و موم مکانیکی سرامیکی از دو جزء اصلی تشکیل شده است: یکی یک صفحه ثابت مکانیکی (معمولاً از مواد سرامیکی ساخته شده) و دیگری یک صفحه چرخشی مکانیکی (که معمولاً از گرافیت کربن ساخته می شود).عمل آب بندی زمانی اتفاق می افتد که هر دو وجه با استفاده از نیروی فنر به هم فشرده می شوند و مانعی موثر در برابر نشت مایع ایجاد می کنند.همانطور که تجهیزات کار می کنند، فیلم روان کننده بین سطوح آب بندی اصطکاک و سایش را کاهش می دهد و در عین حال مهر و موم محکمی را حفظ می کند.
یکی از عوامل مهم که مهر و موم های مکانیکی سرامیکی را از انواع دیگر متمایز می کند، مقاومت فوق العاده آنها در برابر سایش است.مواد سرامیکی دارای خواص سختی عالی هستند که به آنها اجازه می دهد در شرایط سایشی بدون آسیب قابل توجهی مقاومت کنند.این امر منجر به آب‌بندی‌هایی با ماندگاری طولانی‌تر می‌شود که نسبت به مواردی که از مواد نرم‌تر ساخته شده‌اند، به تعویض یا نگهداری کمتری نیاز دارند.
سرامیک ها علاوه بر مقاومت در برابر سایش، پایداری حرارتی فوق العاده ای نیز از خود نشان می دهند.آنها می توانند در برابر دماهای بالا مقاومت کنند بدون اینکه دچار تخریب یا از دست دادن کارایی آب بندی خود شوند.این امر آنها را برای استفاده در کاربردهای با دمای بالا که ممکن است سایر مواد آب بندی زودرس خراب شوند، مناسب می کند.
در نهایت، مهر و موم های مکانیکی سرامیکی سازگاری شیمیایی عالی را ارائه می دهند، با مقاومت در برابر مواد مختلف خورنده.این باعث می شود که آنها برای صنایعی که به طور معمول با مواد شیمیایی خشن و مایعات تهاجمی سروکار دارند، انتخابی جذاب باشند.
مهر و موم مکانیکی سرامیکی ضروری استمهر و موم قطعاتطراحی شده برای جلوگیری از نشت مایع در تجهیزات صنعتی.خواص منحصر به فرد آنها، مانند مقاومت در برابر سایش، پایداری حرارتی و سازگاری شیمیایی، آنها را به انتخابی ارجح برای کاربردهای مختلف در صنایع مختلف تبدیل می کند.
| خاصیت فیزیکی سرامیک | ||||
| پارامتر فنی | واحد | 95% | 99% | 99.50٪ |
| تراکم | g/cm3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| سختی | HRA | 85 | 88 | 90 |
| نرخ تخلخل | % | 0.4 | 0.2 | 0.15 |
| استحکام شکست | MPa | 250 | 310 | 350 |
| ضریب انبساط حرارتی | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| رسانایی گرمایی | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
مهر و موم مکانیکی کربن
مهر و موم کربن مکانیکی سابقه طولانی دارد.گرافیت ایزوفرم عنصر کربن است.در سال 1971، ایالات متحده مواد آب بندی مکانیکی گرافیت انعطاف پذیر موفق را مورد مطالعه قرار داد که نشت شیر انرژی اتمی را حل کرد.پس از پردازش عمیق، گرافیت انعطاف پذیر به یک ماده آب بندی عالی تبدیل می شود که با اثر اجزای آب بندی به مهر و موم های مکانیکی کربنی مختلف تبدیل می شود.این مهر و موم مکانیکی کربنی در صنایع شیمیایی، نفت و برق مانند آب بندی سیال با دمای بالا استفاده می شود.
از آنجایی که گرافیت منعطف از انبساط گرافیت منبسط شده پس از دمای بالا تشکیل می شود، مقدار عامل بینابینی باقی مانده در گرافیت انعطاف پذیر بسیار کم است، اما نه به طور کامل، بنابراین وجود و ترکیب عامل بینابینی تأثیر زیادی بر کیفیت دارد. و عملکرد محصول
انتخاب مواد صورت مهر و موم کربن
مخترع اصلی از اسید سولفوریک غلیظ به عنوان اکسیدان و عامل بینابینی استفاده می کرد.با این حال، پس از اعمال روی مهر و موم یک جزء فلزی، مقدار کمی گوگرد باقی مانده در گرافیت انعطاف پذیر برای خوردگی فلز تماس پس از استفاده طولانی مدت پیدا شد.با توجه به این نکته، برخی از محققان داخلی سعی در بهبود آن داشته اند، مانند سونگ کمین که به جای اسید سولفوریک، اسید استیک و اسید آلی را انتخاب کرد.اسید، اسید نیتریک را کند می کند و دما را تا دمای اتاق پایین می آورد که از مخلوط اسید نیتریک و اسید استیک ساخته شده است.با استفاده از مخلوط اسید نیتریک و اسید استیک به عنوان عامل واردکننده، گرافیت منبسط شده بدون گوگرد با پرمنگنات پتاسیم به عنوان اکسیدان تهیه شد و اسید استیک به آرامی به اسید نیتریک اضافه شد.دما به دمای اتاق کاهش می یابد و مخلوط اسید نیتریک و اسید استیک ساخته می شود.سپس گرافیت پولکی طبیعی و پرمنگنات پتاسیم به این مخلوط اضافه می شود.تحت هم زدن مداوم، دما 30 درجه سانتیگراد است. پس از واکنش 40 دقیقه، آب به حالت خنثی شسته شده و در دمای 50 تا 60 درجه سانتیگراد خشک می شود و گرافیت منبسط شده پس از انبساط در دمای بالا ساخته می شود.این روش تحت شرایطی که محصول بتواند به حجم معینی از انبساط برسد، به گونه ای که طبیعت نسبتاً پایداری از مواد آب بندی را به دست آورد، ولکانیزاسیون حاصل نمی شود.
| تایپ کنید | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| نام تجاری | آغشته شده | آغشته شده | فنل آغشته شده | کربن آنتیموان (A) | |||||
| تراکم | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| قدرت شکستگی | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| مقاومت فشاری | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| سختی | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| تخلخل | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1.5 | <1.5 | <1.5 |
| دماها | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
سیل مکانیکی کاربید سیلیکون
کاربید سیلیکون (SiC) با نام‌های کربوراندوم نیز شناخته می‌شود که از ماسه کوارتز، کک نفتی (یا کک زغال سنگ)، تراشه‌های چوب (که باید هنگام تولید کاربید سیلیکون سبز اضافه شود) و غیره ساخته می‌شود.کاربید سیلیکون همچنین دارای یک ماده معدنی کمیاب در طبیعت است، توت.کاربید سیلیکون در مواد اولیه نسوز معاصر C، N، B و سایر مواد خام غیر اکسیدی با تکنولوژی بالا، یکی از پرکاربردترین و مقرون به صرفه ترین مواد است که می توان آن را ماسه فولاد طلا یا ماسه نسوز نامید.در حال حاضر، تولید صنعتی کاربید سیلیکون در چین به کاربید سیلیکون سیاه و کاربید سیلیکون سبز تقسیم می شود که هر دو کریستال های شش ضلعی با نسبت 3.20 ~ 3.25 و میکروسختی 2840 ~ 3320 کیلوگرم بر متر مربع هستند.
محصولات کاربید سیلیکون با توجه به محیط های کاربردی مختلف به انواع مختلفی طبقه بندی می شوند.به طور کلی بیشتر به صورت مکانیکی استفاده می شود.به عنوان مثال، کاربید سیلیکون به دلیل مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی خوب، استحکام بالا، سختی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، ضریب اصطکاک کوچک و مقاومت در برابر دمای بالا، یک ماده ایده آل برای مهر و موم مکانیکی کاربید سیلیکون است.
حلقه های مهر و موم SIC را می توان به حلقه ایستا، حلقه متحرک، حلقه صاف و غیره تقسیم کرد.سیلیکون SiC را می توان با توجه به نیازهای خاص مشتریان به محصولات مختلف کاربید مانند حلقه چرخشی کاربید سیلیکون، صندلی ثابت کاربید سیلیکون، بوش کاربید سیلیکون و غیره تبدیل کرد.همچنین می توان از آن در ترکیب با مواد گرافیت استفاده کرد و ضریب اصطکاک آن از سرامیک آلومینا و آلیاژ سخت کوچکتر است، بنابراین می توان از آن در ارزش PV بالا به ویژه در شرایط اسید قوی و قلیایی قوی استفاده کرد.
کاهش اصطکاک SIC یکی از مزایای کلیدی استفاده از آن در آب بندی های مکانیکی است.بنابراین SIC می تواند بهتر از سایر مواد در برابر سایش مقاومت کند و عمر آب بندی را افزایش دهد.علاوه بر این، کاهش اصطکاک SIC نیاز به روانکاری را کاهش می دهد.عدم روانکاری احتمال آلودگی و خوردگی را کاهش می دهد و راندمان و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد.
SIC همچنین مقاومت زیادی در برابر سایش دارد.این نشان می دهد که می تواند استفاده مداوم را بدون خراب شدن یا شکستن تحمل کند.این باعث می‌شود که این ماده برای استفاده‌هایی که سطح بالایی از قابلیت اطمینان و دوام را می‌طلبد، تبدیل شود.
همچنین می‌توان آن را دوباره وصل کرد و صیقل داد تا یک مهر و موم را بتوان چندین بار در طول عمر خود بازسازی کرد.به طور کلی بیشتر به صورت مکانیکی استفاده می شود، مانند مهر و موم های مکانیکی به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی شیمیایی، استحکام بالا، سختی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، ضریب اصطکاک کوچک و مقاومت در برابر دمای بالا.
هنگامی که کاربید سیلیکون برای سطوح آب بندی مکانیکی استفاده می شود، باعث بهبود عملکرد، افزایش عمر آب بندی، هزینه های تعمیر و نگهداری کمتر و هزینه های جاری کمتر برای تجهیزات دوار مانند توربین ها، کمپرسورها و پمپ های گریز از مرکز می شود.کاربید سیلیکون بسته به نحوه تولید می تواند خواص متفاوتی داشته باشد.کاربید سیلیکون پیوند شده با واکنش از پیوند ذرات کاربید سیلیکون به یکدیگر در یک فرآیند واکنش تشکیل می شود.
این فرآیند به طور قابل توجهی بر بسیاری از خواص فیزیکی و حرارتی مواد تأثیر نمی گذارد، اما مقاومت شیمیایی مواد را محدود می کند.رایج ترین مواد شیمیایی که مشکل ساز هستند، مواد سوزاننده (و سایر مواد شیمیایی با pH بالا) و اسیدهای قوی هستند، بنابراین کاربید سیلیکون پیونددار واکنش نباید با این کاربردها استفاده شود.
واکنش متخلخل نفوذ کردکاربید سیلیکوندر چنین موادی، منافذ مواد اولیه SIC در فرآیند نفوذ با سوزاندن سیلیکون فلزی پر می‌شوند، بنابراین SiC ثانویه ظاهر می‌شود و ماده خواص مکانیکی استثنایی پیدا می‌کند و در برابر سایش مقاوم می‌شود.به دلیل انقباض کم می توان از آن در تولید قطعات بزرگ و پیچیده با تلرانس نزدیک استفاده کرد.با این حال، محتوای سیلیکون حداکثر دمای عملیاتی را به 1350 درجه سانتیگراد محدود می کند، مقاومت شیمیایی نیز به pH 10 محدود می شود. این ماده برای استفاده در محیط های قلیایی تهاجمی توصیه نمی شود.
متخلخلکاربید سیلیکون از پخت یک گرانول SIC بسیار ریز از پیش فشرده شده در دمای 2000 درجه سانتیگراد برای ایجاد پیوندهای قوی بین دانه های ماده بدست می آید.
ابتدا شبکه ضخیم می شود، سپس تخلخل کاهش می یابد و در نهایت پیوند بین دانه ها متخلخل می شود.در فرآیند چنین پردازشی، انقباض قابل توجهی از محصول رخ می دهد - حدود 20٪.
حلقه مهر و موم SSIC در برابر تمام مواد شیمیایی مقاوم است.از آنجایی که سیلیکون فلزی در ساختار آن وجود ندارد، می توان از آن در دمای حداکثر 1600 درجه سانتیگراد استفاده کرد بدون اینکه بر استحکام آن تأثیر بگذارد.
| خواص | R-SiC | S-SiC |
| تخلخل (%) | ≤0.3 | ≤0.2 |
| چگالی (g/cm3) | 3.05 | 3.1 ~ 3.15 |
| سختی | 110 تا 125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| مدول الاستیک (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| محتوای SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| محتوای Si (%) | ≤15% | 0.10٪ |
| مقاومت خمشی (Mpa) | ≥350 | 450 |
| مقاومت فشاری (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| ضریب انبساط حرارتی (1/℃) | 4.5×10-6 | 4.3×10-6 |
| مقاومت در برابر حرارت (در جو) (℃) | 1300 | 1600 |
مهر و موم مکانیکی TC
مواد TC دارای ویژگی های سختی، استحکام، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی هستند.به عنوان دندان صنعتی شناخته می شود.با توجه به عملکرد برتر آن، به طور گسترده ای در صنایع نظامی، هوافضا، پردازش مکانیکی، متالورژی، حفاری نفت، ارتباطات الکترونیکی، معماری و سایر زمینه ها استفاده شده است.به عنوان مثال در پمپ ها، کمپرسورها و همزن ها از حلقه کاربید تنگستن به عنوان مهر و موم مکانیکی استفاده می شود.مقاومت سایشی خوب و سختی بالا آن را برای ساخت قطعات مقاوم در برابر سایش با دمای بالا، اصطکاک و خوردگی مناسب می کند.
با توجه به ترکیب شیمیایی و ویژگی های استفاده، TC را می توان به چهار دسته تقسیم کرد: کبالت تنگستن (YG)، تنگستن تیتانیوم (YT)، تنگستن تیتانیوم تانتالیوم (YW) و کاربید تیتانیوم (YN).
آلیاژ سخت تنگستن کبالت (YG) از WC و Co تشکیل شده است. برای پردازش مواد شکننده مانند چدن، فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی مناسب است.
Stellite (YT) از WC، TiC و Co تشکیل شده است. به دلیل افزودن TiC به آلیاژ، مقاومت به سایش آن بهبود یافته است، اما مقاومت خمشی، عملکرد سنگ زنی و هدایت حرارتی کاهش یافته است.به دلیل شکنندگی آن در دمای پایین، فقط برای برش مواد با سرعت بالا مناسب است و نه برای پردازش مواد شکننده.
تنگستن تیتانیوم تانتالیوم (نیوبیم) کبالت (YW) به آلیاژ اضافه می شود تا سختی، استحکام و مقاومت در برابر سایش در دمای بالا را از طریق مقدار مناسب کاربید تانتالیوم یا کاربید نیوبیم افزایش دهد.در عین حال، چقرمگی نیز با عملکرد برش جامع بهتر بهبود می یابد.این عمدتا برای مواد برش سخت و برش متناوب استفاده می شود.
کلاس پایه تیتانیوم کربن دار (YN) یک آلیاژ سخت با فاز سخت TiC، نیکل و مولیبدن است.از مزایای آن می توان به سختی بالا، قابلیت ضد پیوند، ضد سایش هلالی و قابلیت ضد اکسیداسیون اشاره کرد.در دمای بیش از 1000 درجه همچنان می توان آن را ماشین کاری کرد.این برای تکمیل پیوسته فولاد آلیاژی و فولاد خاموش کننده کاربرد دارد.
| مدل | محتوای نیکل (wt%) | چگالی (g/cm²) | سختی (HRA) | قدرت خمشی (≥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 |
| مدل | محتوای کبالت (wt٪) | چگالی (g/cm²) | سختی (HRA) | قدرت خمشی (≥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 |
| 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 |