Մեխանիկական կնիքներշատ կարևոր դեր են խաղում արտահոսքից խուսափելու գործում տարբեր ոլորտներում: Ծովային արդյունաբերության մեջ կանպոմպի մեխանիկական կնիքներ, պտտվող լիսեռի մեխանիկական կնիքներ: Եվ նավթի և գազի արդյունաբերության մեջ կանփամփուշտների մեխանիկական կնիքներ,բաժանված մեխանիկական կնիքներ կամ չոր գազային մեխանիկական կնիքներ: Ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ կան ջրային մեխանիկական կնիքներ: Իսկ քիմիական արդյունաբերության մեջ կան խառնիչ մեխանիկական կնիքներ (խառնիչ մեխանիկական կնիքներ) և կոմպրեսորային մեխանիկական կնիքներ:
Կախված օգտագործման տարբեր պայմաններից, դա պահանջում է մեխանիկական կնքման լուծույթ տարբեր նյութերով: Կան բազմաթիվ տեսակի նյութեր, որոնք օգտագործվում ենմեխանիկական լիսեռի կնիքներ ինչպիսիք են կերամիկական մեխանիկական կնիքները, ածխածնային մեխանիկական կնիքները, սիլիկոնե կարբիդային մեխանիկական կնիքները,SSIC մեխանիկական կնիքներ ևTC մեխանիկական կնիքներ.
Կերամիկական մեխանիկական կնիքներ
Կերամիկական մեխանիկական կնիքները կարևոր բաղադրիչներ են տարբեր արդյունաբերական կիրառություններում, որոնք նախատեսված են երկու մակերեսների, ինչպիսիք են պտտվող լիսեռը և անշարժ պատյանը, միջև հեղուկների արտահոսքը կանխելու համար: Այս կնիքները բարձր են գնահատվում իրենց բացառիկ մաշվածության դիմադրության, կոռոզիոն դիմադրության և ծայրահեղ ջերմաստիճաններին դիմակայելու ունակության համար:
Կերամիկական մեխանիկական կնիքների հիմնական դերը սարքավորումների ամբողջականության պահպանումն է՝ կանխելով հեղուկի կորուստը կամ աղտոտումը: Դրանք օգտագործվում են բազմաթիվ ոլորտներում, այդ թվում՝ նավթի և գազի, քիմիական վերամշակման, ջրի մաքրման, դեղագործության և սննդի վերամշակման ոլորտներում: Այս կնիքների լայն կիրառումը կարելի է վերագրել դրանց ամուր կառուցվածքին. դրանք պատրաստված են առաջադեմ կերամիկական նյութերից, որոնք առաջարկում են գերազանց կատարողական բնութագրեր՝ համեմատած այլ կնիքների նյութերի հետ:
Կերամիկական մեխանիկական կնիքները բաղկացած են երկու հիմնական բաղադրիչներից՝ մեկը մեխանիկական անշարժ մակերես է (սովորաբար պատրաստված է կերամիկական նյութից), իսկ մյուսը՝ մեխանիկական պտտվող մակերես (սովորաբար պատրաստված է ածխածնային գրաֆիտից): Կնքման գործողությունը տեղի է ունենում, երբ երկու մակերեսները սեղմվում են միմյանց՝ օգտագործելով զսպանակային ուժ, ստեղծելով արդյունավետ պատնեշ հեղուկի արտահոսքի դեմ: Սարքավորման աշխատանքի ընթացքում կնքման մակերեսների միջև քսող թաղանթը նվազեցնում է շփումը և մաշվածությունը՝ պահպանելով ամուր կնքումը:
Կերամիկական մեխանիկական կնիքները մյուս տեսակներից տարբերող կարևոր գործոններից մեկը դրանց մաշվածության նկատմամբ բացառիկ դիմադրությունն է: Կերամիկական նյութերն ունեն գերազանց կարծրության հատկություններ, որոնք թույլ են տալիս դրանց դիմանալ հղկող պայմաններին առանց էական վնասների: Սա հանգեցնում է ավելի երկարակյաց կնիքների, որոնք պահանջում են ավելի քիչ հաճախական փոխարինում կամ սպասարկում, քան ավելի փափուկ նյութերից պատրաստվածները:
Բացի մաշվածության նկատմամբ դիմադրողականությունից, կերամիկան նաև ցուցաբերում է բացառիկ ջերմային կայունություն։ Դրանք կարող են դիմակայել բարձր ջերմաստիճաններին՝ առանց քայքայվելու կամ իրենց կնքման արդյունավետությունը կորցնելու։ Սա դրանք հարմար է դարձնում բարձր ջերմաստիճանային կիրառություններում օգտագործելու համար, որտեղ այլ կնքման նյութերը կարող են վաղաժամ խափանվել։
Վերջապես, կերամիկական մեխանիկական կնիքները ապահովում են գերազանց քիմիական համատեղելիություն՝ դիմադրողականություն ունենալով տարբեր քայքայիչ նյութերի նկատմամբ: Սա դրանք դարձնում է գրավիչ ընտրություն այն արդյունաբերությունների համար, որոնք պարբերաբար գործ ունեն կոշտ քիմիական նյութերի և ագրեսիվ հեղուկների հետ:
Կերամիկական մեխանիկական կնիքները կարևոր ենբաղադրիչի կնիքներնախագծված է արդյունաբերական սարքավորումներում հեղուկի արտահոսքը կանխելու համար: Դրանց եզակի հատկությունները, ինչպիսիք են մաշվածության դիմադրությունը, ջերմային կայունությունը և քիմիական համատեղելիությունը, դրանք դարձնում են նախընտրելի ընտրություն տարբեր ոլորտներում տարբեր կիրառությունների համար:
| կերամիկական ֆիզիկական հատկություններ | ||||
| Տեխնիկական պարամետր | միավոր | 95% | 99% | 99.50% |
| Խտություն | գ/սմ3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Կարծրություն | ՄԻՀ | 85 | 88 | 90 |
| Ծակոտկենության մակարդակը | % | 0.4 | 0.2 | 0.15 |
| Կոտրվածքի ամրություն | ՄՊա | 250 | 310 | 350 |
| Ջերմային ընդարձակման գործակից | 10(-6)/կ | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Ջերմային հաղորդունակություն | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Ածխածնային մեխանիկական կնիքներ
Մեխանիկական ածխածնային կնքումը երկար պատմություն ունի: Գրաֆիտը ածխածնի տարրի իզոֆորմ է: 1971 թվականին Միացյալ Նահանգներում հաջողությամբ ուսումնասիրվեց ճկուն գրաֆիտային մեխանիկական կնքման նյութը, որը լուծեց ատոմային էներգիայի փականի արտահոսքի խնդիրը: Խորը մշակումից հետո ճկուն գրաֆիտը դառնում է գերազանց կնքման նյութ, որը պատրաստվում է տարբեր ածխածնային մեխանիկական կնքումների մեջ՝ կնքող բաղադրիչների ազդեցությամբ: Այս ածխածնային մեխանիկական կնքումները օգտագործվում են քիմիական, նավթային, էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերություններում, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանի հեղուկային կնքումները:
Քանի որ ճկուն գրաֆիտը ձևավորվում է բարձր ջերմաստիճանից հետո ընդարձակված գրաֆիտի ընդարձակման միջոցով, ճկուն գրաֆիտում մնացած միջկալային նյութի քանակը շատ փոքր է, բայց ոչ ամբողջությամբ, ուստի միջկալային նյութի առկայությունը և կազմը մեծ ազդեցություն ունեն արտադրանքի որակի և արդյունավետության վրա։
Ածխածնային կնիքի մակերեսային նյութի ընտրություն
Սկզբնական գյուտարարը որպես օքսիդանտ և միջանկյալ նյութ օգտագործել է խտացված ծծմբական թթու։ Սակայն, մետաղական բաղադրիչի կնիքին քսելուց հետո, պարզվել է, որ ճկուն գրաֆիտում մնացած փոքր քանակությամբ ծծումբը երկարատև օգտագործումից հետո քայքայում է շփման մետաղը։ Հաշվի առնելով այս կետը, որոշ հայրենական գիտնականներ փորձել են բարելավել այն, օրինակ՝ Սոնգ Քեմինը, որը ծծմբական թթվի փոխարեն ընտրել է քացախաթթու և օրգանական թթու։ Ազոտական թթվի և քացախաթթվի խառնուրդից պատրաստված թթու, որը դանդաղ է պարունակում և իջեցնում է ջերմաստիճանը մինչև սենյակային ջերմաստիճան։ Ազոտական թթվի և քացախաթթվի խառնուրդը որպես միջանկյալ նյութ օգտագործելով՝ պատրաստվել է ծծումբ չպարունակող ընդարձակված գրաֆիտ՝ կալիումի պերմանգանատով որպես օքսիդանտ, և քացախաթթուն դանդաղորեն ավելացվել է ազոտական թթվին։ Ջերմաստիճանը իջեցվել է մինչև սենյակային ջերմաստիճան, և պատրաստվել է ազոտական թթվի և քացախաթթվի խառնուրդը։ Այնուհետև այս խառնուրդին ավելացվել են բնական թեփոտված գրաֆիտ և կալիումի պերմանգանատ։ Անընդհատ խառնելով ջերմաստիճանը հասնում է 30°C-ի։ 40 րոպե ռեակցիայից հետո ջուրը լվացվել է մինչև չեզոք վիճակ և չորացվել 50~60°C-ում, իսկ ընդարձակված գրաֆիտը պատրաստվել է բարձր ջերմաստիճանային ընդարձակումից հետո։ Այս մեթոդը չի ապահովում վուլկանացում այն պայմանով, որ արտադրանքը կարողանա հասնել որոշակի ծավալի ընդարձակման, որպեսզի ապահովվի կնքող նյութի համեմատաբար կայուն բնույթը։
| Տեսակ | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Բրենդ | Ներծծված | Ներծծված | Ներծծված ֆենոլ | Անտիմոնային ածխածին (A) | |||||
| Խտություն | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Կոտրվածքի ամրություն | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Սեղմման ուժ | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Կարծրություն | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Ծակոտկենություն | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1.5 | <1.5 | <1.5 |
| Ջերմաստիճաններ | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Սիլիկոնային կարբիդային մեխանիկական կնիքներ
Սիլիցիումի կարբիդը (SiC) հայտնի է նաև որպես կարբորունդ, որը պատրաստվում է քվարցային ավազից, նավթային կոքսից (կամ ածխի կոքսից), փայտի թեփերից (որոնք անհրաժեշտ է ավելացնել կանաչ սիլիցիումի կարբիդ արտադրելիս) և այլն: Սիլիցիումի կարբիդը նաև ունի բնության մեջ հազվագյուտ միներալ՝ թթենի: Ժամանակակից C, N, B և այլ ոչ օքսիդային բարձր տեխնոլոգիական հրակայուն հումքում սիլիցիումի կարբիդը ամենատարածված և տնտեսող նյութերից մեկն է, որը կարելի է անվանել ոսկե պողպատի ավազ կամ հրակայուն ավազ: Ներկայումս Չինաստանի սիլիցիումի կարբիդի արդյունաբերական արտադրությունը բաժանվում է սև սիլիցիումի կարբիդի և կանաչ սիլիցիումի կարբիդի, որոնք երկուսն էլ վեցանկյուն բյուրեղներ են՝ 3.20 ~ 3.25 համամասնությամբ և 2840 ~ 3320 կգ/մ² միկրոկարծրությամբ:
Սիլիցիումի կարբիդային արտադրանքը դասակարգվում է բազմաթիվ տեսակների՝ կախված տարբեր կիրառման միջավայրերից։ Այն, որպես կանոն, ավելի շատ օգտագործվում է մեխանիկորեն։ Օրինակ, սիլիցիումի կարբիդը իդեալական նյութ է սիլիցիումի կարբիդային մեխանիկական կնքման համար՝ իր լավ քիմիական կոռոզիոն դիմադրության, բարձր ամրության, բարձր կարծրության, լավ մաշվածության դիմադրության, փոքր շփման գործակցի և բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության շնորհիվ։
SIC կնիքի օղակները կարելի է բաժանել ստատիկ օղակների, շարժական օղակների, հարթ օղակների և այլնի: SiC սիլիցիումը կարող է պատրաստվել տարբեր կարբիդային արտադրանքների, ինչպիսիք են սիլիցիումի կարբիդային պտտվող օղակը, սիլիցիումի կարբիդային ստացիոնար նստատեղը, սիլիցիումի կարբիդային թևքը և այլն՝ ըստ հաճախորդների հատուկ պահանջների: Այն կարող է նաև օգտագործվել գրաֆիտային նյութի հետ համատեղ, և դրա շփման գործակիցը փոքր է, քան ալյումինա կերամիկական և կոշտ համաձուլվածքների դեպքում, ուստի այն կարող է օգտագործվել բարձր PV արժեքի դեպքում, հատկապես ուժեղ թթվային և ուժեղ ալկալային պայմաններում:
SIC-ի նվազեցված շփումը մեխանիկական կնիքներում դրա կիրառման հիմնական առավելություններից մեկն է: Հետևաբար, SIC-ը կարող է ավելի լավ դիմակայել մաշվածությանը, քան մյուս նյութերը, ինչը երկարացնում է կնիքների կյանքը: Բացի այդ, SIC-ի նվազեցված շփումը նվազեցնում է քսանյութի անհրաժեշտությունը: Քսանյութի բացակայությունը նվազեցնում է աղտոտման և կոռոզիայի հավանականությունը՝ բարելավելով արդյունավետությունն ու հուսալիությունը:
SIC-ը նաև մեծ մաշվածության դիմադրություն ունի։ Սա ցույց է տալիս, որ այն կարող է դիմանալ շարունակական օգտագործմանը՝ առանց վատթարանալու կամ կոտրվելու։ Սա այն դարձնում է կատարյալ նյութ այն կիրառությունների համար, որոնք պահանջում են բարձր մակարդակի հուսալիություն և դիմացկունություն։
Այն կարող է նաև վերափաթեթավորվել և փայլեցվել, որպեսզի կնիքը կարողանա վերանորոգվել իր կյանքի ընթացքում մի քանի անգամ: Այն սովորաբար օգտագործվում է ավելի շատ մեխանիկորեն, օրինակ՝ մեխանիկական կնիքի մեջ՝ իր լավ քիմիական կոռոզիոն դիմադրության, բարձր ամրության, բարձր կարծրության, լավ մաշվածության դիմադրության, փոքր շփման գործակցի և բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության համար:
Մեխանիկական կնքման մակերեսների համար օգտագործվելիս սիլիցիումի կարբիդը հանգեցնում է բարելավված աշխատանքի, կնքման ժամկետի երկարացման, սպասարկման ծախսերի իջեցման և պտտվող սարքավորումների, ինչպիսիք են տուրբինները, կոմպրեսորները և կենտրոնախույս պոմպերը, շահագործման ծախսերի իջեցման: Սիլիցիումի կարբիդը կարող է ունենալ տարբեր հատկություններ՝ կախված նրանից, թե ինչպես է այն արտադրվել: Ռեակցիոն կապակցված սիլիցիումի կարբիդը ձևավորվում է սիլիցիումի կարբիդի մասնիկները միմյանց կապելով ռեակցիայի գործընթացում:
Այս գործընթացը էականորեն չի ազդում նյութի ֆիզիկական և ջերմային հատկությունների մեծ մասի վրա, սակայն սահմանափակում է նյութի քիմիական դիմադրությունը: Ամենատարածված խնդրահարույց քիմիական նյութերը կծու նյութերն են (և այլ բարձր pH քիմիական նյութեր) և ուժեղ թթուները, ուստի ռեակցիայով կապված սիլիցիումի կարբիդը չպետք է օգտագործվի այս կիրառություններում:
Ռեակցիա-սինտերացված ներթափանցվածսիլիցիումի կարբիդ: Նման նյութում սկզբնական SIC նյութի ծակոտիները լցվում են ներթափանցման գործընթացում՝ մետաղական սիլիցիումի այրման միջոցով, այդպիսով առաջանում է երկրորդային SiC, և նյութը ձեռք է բերում բացառիկ մեխանիկական հատկություններ՝ դառնալով մաշվածությանը դիմացկուն: Իր նվազագույն կծկման շնորհիվ այն կարող է օգտագործվել մեծ և բարդ մասերի արտադրության մեջ՝ մոտ թույլատրելի շեղումներով: Այնուամենայնիվ, սիլիցիումի պարունակությունը սահմանափակում է առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանը մինչև 1350 °C, քիմիական դիմադրությունը նույնպես սահմանափակվում է մոտ pH 10-ով: Նյութը խորհուրդ չի տրվում օգտագործել ագրեսիվ ալկալային միջավայրերում:
ՍինտերացվածՍիլիցիումի կարբիդը ստացվում է նախապես սեղմված շատ նուրբ SIC գրանուլը 2000 °C ջերմաստիճանում սինտերացնելով՝ նյութի հատիկների միջև ամուր կապեր առաջացնելու համար։
Սկզբում ցանցը խտանում է, ապա ծակոտկենությունը նվազում է, և վերջապես հատիկների միջև կապերը սինթեզվում են: Նման մշակման ընթացքում տեղի է ունենում արտադրանքի զգալի կծկում՝ մոտ 20%-ով:
SSIC կնիքի օղակ դիմացկուն է բոլոր քիմիական նյութերի նկատմամբ։ Քանի որ դրա կառուցվածքում մետաղական սիլիցիում չկա, այն կարող է օգտագործվել մինչև 1600C ջերմաստիճանում՝ առանց ազդելու դրա ամրության վրա։
| հատկություններ | R-SiC | S-SiC |
| Ծակոտկենություն (%) | ≤0.3 | ≤0.2 |
| Խտություն (գ/սմ3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Կարծրություն | 110~125 (HS) | 2800 (կգ/մմ2) |
| Առաձգականության մոդուլ (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| SiC պարունակությունը (%) | ≥85% | ≥99% |
| Si պարունակությունը (%) | ≤15% | 0.10% |
| Ծռման ուժը (ՄՊա) | ≥350 | 450 |
| Սեղմման ամրություն (կգ/մմ2) | ≥2200 | 3900 |
| Ջերմային ընդարձակման գործակից (1/℃) | 4.5×10-6 | 4.3×10-6 |
| Ջերմակայունություն (մթնոլորտում) (℃) | 1300 | 1600 |
TC մեխանիկական կնիք
ՏԿ նյութերը ունեն բարձր կարծրության, ամրության, քայքայման դիմադրության և կոռոզիայի դիմադրության հատկանիշներ: Այն հայտնի է որպես «Արդյունաբերական ատամ»: Իր գերազանց կատարողականության շնորհիվ այն լայնորեն օգտագործվել է ռազմական արդյունաբերության, ավիատիեզերական արդյունաբերության, մեխանիկական մշակման, մետալուրգիայի, նավթի հորատման, էլեկտրոնային կապի, ճարտարապետության և այլ ոլորտներում: Օրինակ՝ պոմպերում, կոմպրեսորներում և խառնիչներում վոլֆրամի կարբիդային օղակները օգտագործվում են որպես մեխանիկական կնիքներ: Լավ քայքայման դիմադրությունը և բարձր կարծրությունը այն հարմար են դարձնում բարձր ջերմաստիճանի, շփման և կոռոզիայի նկատմամբ մաշվածության դիմացկուն մասերի արտադրության համար:
Քիմիական կազմի և օգտագործման բնութագրերի համաձայն, TC-ն կարելի է բաժանել չորս կատեգորիայի՝ վոլֆրամ-կոբալտ (YG), վոլֆրամ-տիտանի (YT), վոլֆրամ-տիտանի տանտալ (YW) և տիտանի կարբիդ (YN):
Վոլֆրամե կոբալտի (YG) կարծր համաձուլվածքը կազմված է WC և Co.-ից։ Այն հարմար է փխրուն նյութերի, ինչպիսիք են թուջը, գունավոր մետաղները և ոչ մետաղական նյութերը, մշակման համար։
Ստելիտը (YT) կազմված է WC, TiC և Co.-ից։ TiC-ի համաձուլվածքին ավելացման շնորհիվ դրա մաշվածության դիմադրությունը բարելավվում է, սակայն ծռման ամրությունը, հղկման կատարողականը և ջերմային հաղորդունակությունը նվազում են։ Ցածր ջերմաստիճանում իր փխրունության պատճառով այն հարմար է միայն ընդհանուր նյութերի բարձր արագությամբ կտրման համար և ոչ թե փխրուն նյութերի մշակման համար։
Վոլֆրամ-տիտանի տանտալ (նիոբիում) կոբալտը (YW) ավելացվում է համաձուլվածքին՝ տանտալի կամ նիոբիումի կարբիդի համապատասխան քանակի միջոցով բարձր ջերմաստիճանային կարծրությունը, ամրությունը և քայքայման դիմադրությունը բարձրացնելու համար։ Միևնույն ժամանակ, ամրությունը նույնպես բարելավվում է ավելի լավ համապարփակ կտրման կատարողականությամբ։ Այն հիմնականում օգտագործվում է կոշտ կտրող նյութերի և ընդհատվող կտրման համար։
Ածխածնված տիտանի հիմքի դասը (YN) TiC-ի, նիկելի և մոլիբդենի կոշտ փուլով կարծր համաձուլվածք է: Դրա առավելություններն են բարձր կարծրությունը, կպչունությունը չառաջացնող ունակությունը, կիսալուսնի դեմ մաշվածությունը և օքսիդացման դեմ ունակությունը: 1000 աստիճանից բարձր ջերմաստիճանում այն դեռևս կարող է մեքենայական մշակման ենթարկվել: Այն կիրառելի է համաձուլվածքային պողպատի և մարող պողպատի անընդհատ մշակման համար:
| մոդել | նիկելի պարունակություն (քաշային%) | խտություն (գ/սմ²) | կարծրություն (HRA) | ծռման ամրությունը (≥N/մմ²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14.5-14.9 | 88.5-91.0 | 1800թ. |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14.4-14.8 | 87.5-90.0 | 2000թ. |
| մոդել | կոբալտի պարունակություն (քաշային%) | խտություն (գ/սմ²) | կարծրություն (HRA) | ծռման ամրությունը (≥N/մմ²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14.6-15.0 | 89.5-91.0 | 1800թ. |
| YG8 | 7.8-8.2 | 14.5-14.9 | 88.0-90.5 | 1980թ. |
| 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 |