材料

メカニカルシール様々な産業において、漏洩を防ぐ上で非常に重要な役割を果たしています。海洋産業では、ポンプのメカニカルシール回転軸のメカニカルシール。石油・ガス業界ではカートリッジメカニカルシール,スプリットメカニカルシールまたはドライガスメカニカルシール。自動車業界では水用メカニカルシールが、化学業界ではミキサーメカニカルシール(撹拌機メカニカルシール)とコンプレッサーメカニカルシールが使用されています。

使用条件に応じて、異なる材料を使用したメカニカルシールソリューションが必要になります。メカニカルシャフトシール セラミックメカニカルシール、カーボンメカニカルシール、シリコンカーバイドメカニカルシールなど,SSICメカニカルシールとTCメカニカルシール. 

セラミックメカニカルリング

セラミックメカニカルシール

セラミックメカニカルシールは、回転軸と固定ハウジングなど、2つの表面間の流体の漏れを防止するために設計されており、様々な産業用途において重要な部品です。これらのシールは、優れた耐摩耗性、耐腐食性、そして極度の温度耐性により高く評価されています。

セラミックメカニカルシールの主な役割は、流体の損失や汚染を防ぎ、機器の健全性を維持することです。石油・ガス、化学処理、水処理、医薬品、食品加工など、様々な業界で使用されています。これらのシールが広く使用されているのは、その耐久性の高い構造によるものです。これらのシールは、他のシール材料と比較して優れた性能特性を備えた先進のセラミック材料で作られています。

セラミックメカニカルシールは、主に2つの部品で構成されています。1つは機械的な固定面(通常はセラミック製)、もう1つは機械的な回転面(通常はカーボングラファイト製)です。両面がスプリング力によって押し付けられることでシール作用が生じ、流体の漏れを効果的に防ぎます。機器の運転中、シール面間の潤滑膜が摩擦と摩耗を低減し、高いシール性を維持します。

セラミックメカニカルシールを他の種類のシールと区別する重要な要素の一つは、その優れた耐摩耗性です。セラミック材料は優れた硬度特性を備えているため、摩耗条件においても大きな損傷を受けることなく耐えることができます。そのため、より軟質な材料で作られたシールよりも、交換やメンテナンスの頻度が少なく、長寿命を実現できます。

セラミックは耐摩耗性に加え、優れた熱安定性も備えています。高温下でも劣化やシール効率の低下を生じることなく耐えることができます。そのため、他のシール材では早期に劣化してしまう可能性のある高温用途にも適しています。

最後に、セラミックメカニカルシールは優れた耐薬品性を備え、様々な腐食性物質に対する耐性を備えています。そのため、日常的に強力な化学物質や腐食性流体を扱う産業にとって魅力的な選択肢となります。

セラミックメカニカルシールは必須コンポーネントシール産業機器における流体漏れを防止するために設計されています。耐摩耗性、熱安定性、耐薬品性といった独自の特性により、様々な業界の様々な用途で好まれています。

セラミックの物理的性質

技術的パラメータ

ユニット

95%

99%

99.50%

密度

グラム/cm3

3.7

3.88

3.9

硬度

HRA

85

88

90

多孔率

%

0.4

0.2

0.15

破壊強度

MPa

250

310

350

熱膨張係数

10(-6)/K

5.5

5.3

5.2

熱伝導率

W/MK

27.8

26.7

26

 

カーボンメカニカルリング

カーボンメカニカルシール

メカニカルカーボンシールには長い歴史があります。グラファイトは炭素元素の同位体です。1971年、米国は原子力バルブの漏れ問題を解決するために、柔軟性のあるグラファイトメカニカルシール材の研究に成功しました。柔軟性のあるグラファイトは深加工することで優れたシール材となり、様々なカーボンメカニカルシールに加工され、シール効果を発揮します。これらのカーボンメカニカルシールは、化学、石油、電力などの高温流体シールに使用されています。
フレキシブルグラファイトは、高温後の膨張グラファイトの膨張によって形成されるため、フレキシブルグラファイトに残る挿入剤の量はごくわずかですが、完全に残るわけではありません。そのため、挿入剤の存在と組成は、製品の品質と性能に大きな影響を与えます。

カーボンシール面材質の選択

当初の発明者は、濃硫酸を酸化剤および挿入剤として使用していました。 しかし、金属部品のシール部に塗布した後、柔軟な黒鉛に残留する微量の硫黄が長期使用後に接触金属を腐食することがわかりました。 この点を考慮して、硫酸の代わりに酢酸と有機酸を選択したソン・ケミンなど、一部の国内学者はそれを改善しようとしました。 酸、硝酸でゆっくりと、そして温度を室温まで下げて、硝酸と酢酸の混合物から作られました。 挿入剤として硝酸と酢酸の混合物を使用することにより、過マンガン酸カリウムを酸化剤として硫黄を含まない膨張黒鉛を調製し、酢酸を硝酸にゆっくりと加えました。 温度を室温まで下げ、硝酸と酢酸の混合物を作ります。 次に、この混合物に天然の鱗片状黒鉛と過マンガン酸カリウムを加えます。一定時間撹拌しながら、温度は30℃です。40分間反応させた後、水を中性になるまで洗浄し、50~60℃で乾燥させます。高温膨張させることで膨張黒鉛を製造します。この方法では、製品が一定の体積膨張に達するまで加硫反応を起こさないため、シーリング材として比較的安定した性質が得られます。

タイプ

M106H

M120H

M106K

M120K

M106F

M120F

M106D

M120D

M254D

ブランド

含浸
エポキシ樹脂(B1)

含浸
フラン樹脂(B1)

含浸フェノール
アルデヒド樹脂(B2)

アンチモン炭素(A)

密度
(g/cm³)

1.75

1.7

1.75

1.7

1.75

1.7

2.3

2.3

2.3

破壊強度
(メガパスカル)

65

60

67

62

60

55

65

60

55

圧縮強度
(メガパスカル)

200

180

200

180

200

180

220

220

210

硬度

85

80

90

85

85

80

90

90

65

気孔率

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1.5 <1.5 <1.5

気温
(℃)

250

250

250

250

250

250

400

400

450

 

シックメカニカルリング

シリコンカーバイドメカニカルシール

炭化ケイ素(SiC)はカーボランダムとも呼ばれ、石英砂、石油コークス(または石炭コークス)、木材チップ(グリーン炭化ケイ素の製造時に添加する必要がある)などから作られています。また、炭化ケイ素には、自然界では希少鉱物である桑の実も含まれています。現代のC、N、Bなどの非酸化物ハイテク耐火原料の中で、炭化ケイ素は最も広く使用され、経済的な材料の一つであり、金鋼砂や耐火砂とも呼ばれています。現在、中国の炭化ケイ素の工業生産は、黒色炭化ケイ素と緑色炭化ケイ素に分けられており、どちらも六方晶系で、その比率は3.20~3.25、微小硬度は2840~3320kg/m²です。

シリコンカーバイド製品は、様々な用途環境に応じて様々な種類に分類されます。一般的には機械的な用途で使用されます。例えば、シリコンカーバイドは、優れた耐薬品性、高強度、高硬度、優れた耐摩耗性、低い摩擦係数、そして高い耐熱性を備えているため、シリコンカーバイドメカニカルシールに最適な材料です。

SiCシールリングは、静止リング、可動リング、フラットリングなどに分類されます。SiCシリコンは、お客様の特殊なご要望に応じて、炭化ケイ素回転リング、炭化ケイ素固定シート、炭化ケイ素ブッシュなど、様々な炭化製品に加工できます。また、グラファイト材料との組み合わせも可能で、摩擦係数はアルミナセラミックや硬質合金よりも小さいため、特に強酸・強アルカリ環境下において高いPV値で使用できます。

SiCの低摩擦性は、メカニカルシールにSiCを採用する主なメリットの一つです。SiCは他の材料よりも摩耗に強く、シール寿命を延ばします。さらに、SiCの低摩擦性により潤滑の必要性も軽減されます。潤滑不足による汚染や腐食の可能性が低減され、効率と信頼性が向上します。

SiCは優れた耐摩耗性も備えています。これは、劣化や破損を起こさずに連続使用に耐えられることを意味します。そのため、高い信頼性と耐久性が求められる用途に最適な素材です。

また、再ラッピングや研磨も可能なため、シールの寿命期間中に複数回再生が可能です。優れた耐薬品性、高強度、高硬度、優れた耐摩耗性、低い摩擦係数、そして高温耐性を備えているため、一般的にはメカニカルシールなどの機械用途に使用されます。

メカニカルシール面にシリコンカーバイドを使用すると、タービン、コンプレッサー、遠心ポンプなどの回転機器の性能向上、シール寿命の延長、メンテナンスコストの削減、ランニングコストの削減につながります。シリコンカーバイドは、製造方法によって異なる特性を持ちます。反応結合シリコンカーバイドは、反応プロセスによってシリコンカーバイド粒子を互いに結合させることで形成されます。

このプロセスは、材料の物理的特性および熱的特性のほとんどに大きな影響を与えませんが、耐薬品性に​​は制限があります。問題となる最も一般的な化学物質は、苛性剤(およびその他の高pH化学物質)と強酸であるため、反応結合型シリコンカーバイドはこれらの用途には使用しないでください。

反応焼結浸透炭化ケイ素(SiC)は、SiC(シリコンカーバイド)の一種です。この材料では、元のSiC材料の細孔が金属シリコンの燃焼浸透によって充填され、二次SiCが出現することで優れた機械的特性を獲得し、耐摩耗性が向上します。収縮率が極めて低いため、公差の厳しい大型で複雑な部品の製造に使用できます。ただし、シリコン含有量が高いため、最高使用温度は1,350℃に制限され、耐薬品性もpH 10程度に制限されます。この材料は、腐食性の高いアルカリ環境での使用は推奨されません。

焼結炭化ケイ素は、事前に圧縮された非常に微細な SiC 顆粒を 2000 °C の温度で焼結して、材料の粒子間に強力な結合を形成することによって得られます。
まず格子が厚くなり、次に多孔度が低下し、最後に粒子間の結合が焼結します。この処理過程において、製品は約20%という大幅な収縮を起こします。
SSICシールリング あらゆる化学薬品に対して耐性があります。構造に金属シリコンが含まれていないため、強度に影響を与えることなく1600℃までの温度で使用できます。

プロパティ

R-SiC

S-SiC

気孔率 (%)

≤0.3

≤0.2

密度(g/cm3)

3.05

3.1~3.15

硬度

110~125(高校)

2800(kg/mm2)

弾性係数(Gpa)

≥400

≥410

SiC含有量(%)

≥85%

≥99%

Si含有量(%)

≤15%

0.10%

曲げ強度(Mpa)

≥350

450

圧縮強度(kg/mm2)

≥2200

3900

熱膨張係数(1/℃)

4.5×10-6

4.3×10-6

耐熱性(大気中)(℃)

1300

1600

 

TCメカニカルリング

TCメカニカルシール

TC材料は、高硬度、高強度、耐摩耗性、耐腐食性といった特長を有し、「工業用歯」とも呼ばれています。その優れた性能から、軍事産業、航空宇宙産業、機械加工、冶金、石油掘削、電子通信、建築などの分野で広く利用されています。例えば、ポンプ、コンプレッサー、撹拌機では、タングステンカーバイドリングがメカニカルシールとして使用されています。優れた耐摩耗性と高い硬度により、高温、摩擦、腐食に耐える耐摩耗部品の製造に適しています。

TC は、その化学組成と使用特性に応じて、タングステンコバルト (YG)、タングステンチタン (YT)、タングステンチタンタンタル (YW)、およびチタンカーバイド (YN) の 4 つのカテゴリに分類されます。

タングステンコバルト(YG)硬質合金はWCとCoで構成されており、鋳鉄、非鉄金属、非金属材料などの脆性材料の加工に適しています。

ステライト(YT)は、WC、TiC、Coで構成されています。TiCの添加により耐摩耗性は向上しますが、曲げ強度、研削性能、熱伝導性は低下します。低温下では脆くなるため、一般材料の高速切削にのみ適しており、脆性材料の加工には適していません。

タングステンチタンタンタル(ニオブ)コバルト(YW)合金は、適量の炭化タンタルまたは炭化ニオブを添加することで、高温硬度、強度、耐摩耗性を向上させます。同時に、靭性も向上し、総合的な切削性能が向上します。主に難削材や断続切削に使用されます。

炭化チタン基合金(YN)は、TiC、ニッケル、モリブデンなどの硬質相を含む硬質合金です。高硬度、耐凝着性、耐三日月摩耗性、耐酸化性などの特長を有しています。1000度以上の高温でも機械加工が可能です。合金鋼や焼入れ鋼の連続仕上げ加工に適しています。

モデル

ニッケル含有量(重量%)

密度(g/cm²)

硬度(HRA)

曲げ強度(≥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

モデル

コバルト含有量(重量%)

密度(g/cm²)

硬度(HRA)

曲げ強度(≥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