ซิลิคอนคาร์ไบด์เทียบกับแกรไฟต์: วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับซีลเชิงกล

ข้อต่อแบบหมุนทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อที่สำคัญระหว่างท่อคงที่และส่วนประกอบที่หมุนได้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรม ทำให้สามารถถ่ายเทของเหลว (ของเหลวหรือก๊าซ) ได้อย่างราบรื่นโดยไม่เกิดการรั่วไหล อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่สัมพัทธ์อย่างต่อเนื่องระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ย่อมนำไปสู่การสึกหรอ ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพการทำงานและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ในบรรดาวัสดุหลักที่ใช้ในข้อต่อแบบหมุนและซีลเชิงกล ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และกราไฟต์โดดเด่นด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่แตกต่างกัน ซึ่งแต่ละชนิดเหมาะสำหรับสภาพการทำงานที่แตกต่างกัน

ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์เชิงกลที่มีความแม่นยำ ข้อต่อแบบหมุนช่วยอำนวยความสะดวกในการถ่ายเทของเหลวระหว่างท่อส่งคงที่และชิ้นส่วนที่หมุนได้ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการทำงานแบบกันรั่ว การใช้งานครอบคลุมหลายอุตสาหกรรม:

• การผลิตกระดาษ: ส่งไอน้ำหรือน้ำร้อนไปยังกระบอกสูบอบแห้งแบบหมุน
• การผลิตสิ่งทอ: หมุนเวียนน้ำหล่อเย็นหรือน้ำมันทำความร้อนผ่านลูกกลิ้งหมุน
• อุตสาหกรรมพลาสติก: ควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์ด้วยของเหลวถ่ายเทความร้อน
• การผลิตเหล็ก: หล่อเย็นอุปกรณ์หล่อแบบต่อเนื่อง
• เครื่องมือกล: จ่ายน้ำหล่อเย็นให้กับแกนหมุน

การใช้งานเหล่านี้เรียกร้องให้ข้อต่อแบบหมุนต้องเผชิญกับสภาวะที่รุนแรง รวมถึงความเร็วในการหมุนสูง แรงดันสูง อุณหภูมิสูง และสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ทำให้การเลือกวัสดุมีความสำคัญสูงสุดสำหรับความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งาน

สารประกอบกึ่งตัวนำซิลิคอน-คาร์บอนนี้รวมความแข็งแกร่งเป็นพิเศษเข้ากับความทนทานต่อความร้อนและสารเคมีที่โดดเด่น ด้วยความแข็งแบบ Mohs ที่ใกล้เคียงกับเพชร SiC แสดงให้เห็นถึง:

• ทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยมภายใต้การหมุนด้วยความเร็วสูง
• เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูง
• ทนทานต่อการกัดกร่อนได้อย่างน่าทึ่งต่อกรด ด่าง และเกลือ
• การนำความร้อนสูงสำหรับการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ

คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ SiC เหมาะสำหรับหน้าซีลเชิงกล ตลับลูกปืน และหัวฉีดในข้อต่อแบบหมุน โดยทั่วไปจะจับคู่กับกราไฟต์หรือวัสดุอื่นๆ

โครงสร้างผลึกแบบชั้นของกราไฟต์ให้การหล่อลื่นตามธรรมชาติและความเสถียรทางความร้อน โดยมี:

• ประสิทธิภาพแรงเสียดทานต่ำผ่านการเลื่อนระหว่างชั้น
• ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง
• การนำไฟฟ้า
• ความเฉื่อยทางเคมี
• คุณสมบัติน้ำหนักเบา

โดยทั่วไปใช้ในซีลและขั้วไฟฟ้า คุณสมบัติการหล่อลื่นตัวเองของกราไฟต์ช่วยลดแรงเสียดทานในข้อต่อแบบหมุน ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานเมื่อจับคู่กับวัสดุที่แข็งกว่า เช่น SiC

นักออกแบบข้อต่อแบบหมุนมักจะรวมวัสดุเหล่านี้เข้าด้วยกันในการกำหนดค่าเสริม:

การจับคู่ที่พบบ่อยที่สุด โดยที่ SiC ให้ความทนทานต่อการสึกหรอเทียบกับความสามารถในการหล่อลื่นของกราไฟต์ เหมาะสำหรับการใช้งานความเร็วสูง แรงดันสูง ที่มีอนุภาคขัดสีเล็กน้อย

ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือมีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างรุนแรง แม้ว่าจะต้องมีการหล่อลื่นเพิ่มเติมเนื่องจากลักษณะแรงเสียดทานโดยธรรมชาติของ SiC

สมดุลความทนทานต่อการสึกหรอปานกลางด้วยการหล่อลื่นที่ดีสำหรับการใช้งานแบบปานกลาง

พารามิเตอร์การทำงานหลายอย่างส่งผลต่ออายุการใช้งาน:

• ความเร็วในการหมุน
• เคมีและอุณหภูมิของของเหลว
• แรงดันระบบ
• การมีอยู่ของสารปนเปื้อน
• คุณภาพการหล่อลื่น
• ความแม่นยำในการผลิต

ประสิทธิภาพสูงสุดต้องพิจารณาตัวแปรเหล่านี้อย่างรอบคอบควบคู่ไปกับการเลือกวัสดุที่เหมาะสม

คุณสมบัติเสริมของซิลิคอนคาร์ไบด์และกราไฟต์ช่วยให้นักออกแบบสามารถออกแบบข้อต่อแบบหมุนสำหรับความท้าทายทางอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ในขณะที่ SiC ทำได้ดีในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและมีฤทธิ์กัดกร่อน กราไฟต์ให้การหล่อลื่นที่จำเป็นในการใช้งานความเร็วสูง การทำความเข้าใจลักษณะเฉพาะของวัสดุเหล่านี้ช่วยให้สามารถตัดสินใจเลือกได้อย่างชาญฉลาด ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์และประสิทธิภาพการทำงานในระบบเครื่องจักรหมุน