軸承是機(jī)械工業(yè)中常用的一種滑動(dòng)機(jī)件.石墨軸承是隨著機(jī)械設(shè)備的性能要求,在金屬軸承的基礎(chǔ)上開發(fā)并發(fā)展起來的炭質(zhì)軸承.炭質(zhì)軸承有不同于金屬軸承的特性,如自潤滑、耐高溫,、耐腐蝕,、質(zhì)輕等.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,石墨軸承也得到了進(jìn)一步的拓展,制造出了青銅石墨含油軸承、鑲嵌石墨軸承.為各種工況條件下的軸承選擇提供了更大空間,滿足了不同技術(shù)條件的要求.另外,炭復(fù)合材料軸承由于它的可設(shè)計(jì)性和特有的材料功能將是今后軸承材料的發(fā)展方向.

炭-石墨軸承(carbon-graphite bearing)是指用炭-石墨材料制作的滑動(dòng)軸承.滑動(dòng)軸承又分為徑向軸承和止推軸承兩種.炭-石墨滑動(dòng)軸承應(yīng)用于高溫及低溫,、高速及低速滑動(dòng)情況下,對有強(qiáng)腐蝕作用的氣體及液體介質(zhì)有耐腐蝕性能.

由于炭-石墨軸承具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用范圍在迅速擴(kuò)大,品種也越來越多,尤其是出現(xiàn)了各種復(fù)合炭-石墨軸承,提高了炭-石墨軸承的強(qiáng)度,、韌性等性能,使用范圍更加廣泛.軸承有滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承,炭素材料專門用來制作滑動(dòng)軸承,各種炭軸承主要有以下幾種:膠合板干燥機(jī)用軸承、防水型泵用軸承,、膠合板制造機(jī)用軸承套,、潛水泵用軸承、汽油流量計(jì)零件用軸承,、化學(xué)泵用軸承

炭-石墨軸承的安全運(yùn)行

進(jìn)行軸承的研制設(shè)計(jì)時(shí),流體的種類(組成,、密度、粘度,、濃度),、溫度、壓力,、有無料漿,、軸承材質(zhì)及其加工精度、軸徑,、轉(zhuǎn)速或圓周速度,、滿載荷和運(yùn)行頻度等數(shù)據(jù)是必要的條件, 重要的是把壓力值控制在極限值之內(nèi),才能保證炭-石墨軸承的安全運(yùn)行.極限值也因環(huán)境條件和軸承的加工形狀(如有無開槽和倒角)等變動(dòng)很大,除特殊情況外,設(shè)計(jì)時(shí)要有余量,一般為極限值的50%-70%.

在干運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,炭-石墨軸承允許的大載荷受到軸承的強(qiáng)度和允許的磨損速率的-,其允許的大線速度則受到軸承磨擦面上所產(chǎn)生熱量的-.而磨損速率又受到軸承的材質(zhì),軸及軸承的加工情況,載荷、速度及周圍介質(zhì)等條件的影響.一般說來,其磨損速率與載荷、溫度和速度的平方成比例.在高溫下其壓力值必須比低溫時(shí)要小得多,才能保證軸承的安全使用.

在干運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,軸承允許的壓力值亦直接受到軸承材質(zhì)的影響.故在這種情況下,一般都選用石墨質(zhì)和金屬石墨質(zhì)軸承.

在選用炭-石墨軸承的時(shí)候,還要考慮軸承的運(yùn)行溫度.這個(gè)溫度是由兩個(gè)方面因素構(gòu)成的,一方面是由于軸承周圍介質(zhì)的溫度,另一方面是由于在軸承摩擦面產(chǎn)生的摩擦熱量.當(dāng)軸承浸在液體或是被液體所噴濺的時(shí)候(濕運(yùn)轉(zhuǎn)),其摩擦和磨損大大地降低了,在同一條件下,材料在液體中摩擦系數(shù)和磨損量往往為大氣中的1/5-1/10

炭-石墨軸承的性質(zhì)

1.良好的自潤滑性能

炭-石墨軸承具有良好的自潤滑性能,主要有兩方面原因.原因之一是:石墨晶格內(nèi)的碳原子按正六角形排列于各平面上,原子間的距離較近,為,而各平面之間的距離為,并且沿同一方向相互錯(cuò)開.第三個(gè)平面重復(fù)第一個(gè)平面的位置,第四個(gè)平面又重復(fù)第二個(gè)平面的位置,依次類推.在每一個(gè)平面上,碳原子間的結(jié)合力很強(qiáng),而平面之間的距離較大,它們之間范德華作用力很弱,故層與層之間易于離開和相對滑動(dòng),這就是石墨材料具有自潤滑性能的根本原因.

原因之二是:石墨材料與大部分金屬材料有較強(qiáng)的附著力,因此在與金屬對磨時(shí)剝落的石墨就很容易附著在金屬表面上,形成一層石墨膜,變成了石墨與石墨之間的摩擦,從而大大降低了磨損和摩擦系數(shù),這也是炭-石墨軸承具有優(yōu)良的自潤滑性能與減摩性能的原因之一.

正由于炭-石墨軸承具有良好的自潤滑性能,在使用時(shí)可以不加潤滑油而干運(yùn)轉(zhuǎn),因此,炭-石墨軸承就被在工作時(shí)不允許加潤滑油的工業(yè)部門所廣泛采用.

2.具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性

石墨材料是一種化學(xué)穩(wěn)定的材料,其化學(xué)穩(wěn)定性不遜于貴金屬.在熔融的銀中它的溶解度僅為%-%.石墨不論在有機(jī)或是無機(jī)的溶劑中都不溶解.在大部分酸,、堿和鹽中不腐蝕,、不溶解.

3.炭-石墨軸承的耐高溫性能

經(jīng)過實(shí)驗(yàn),一般炭素級軸承使用溫度可達(dá)350℃;金屬石墨級軸承也是350℃;而電化石墨級軸承可達(dá)450-500℃(在輕載荷情況下),其物理和機(jī)械性能仍保持不變,如果在真空或者保護(hù)氣氛下,其使用溫度可達(dá)1000℃.

4.炭-石墨軸承的-性能

炭-石墨軸承與-軸承相比較,還具有導(dǎo)熱性高,線膨脹系數(shù)小,耐急冷急熱等性能.但是,炭-石墨制品是一種脆性的硬度不高的材料.它的機(jī)械強(qiáng)度依其結(jié)構(gòu)和工藝條件而定.密度高的,機(jī)械強(qiáng)度也大.一般的炭-石墨材料的體積密度在-/cm3之間,其抗壓強(qiáng)度為20-68MPa,比強(qiáng)度為中等,但它的機(jī)械強(qiáng)度隨著溫度的升高而增大,在2000-2500℃之間它的機(jī)械強(qiáng)度大約比室溫下增加一倍,在這樣的溫度下,它的比強(qiáng)度比現(xiàn)有的許多材料都高.盡管如此,由于炭-石墨材料屬于脆性材料,其本身所固有的強(qiáng)度(在常溫下)又不算高,因而使用范圍受到了-.

這個(gè)問題得到了解決,主要方法是:其一,改善原材料的粒度;其二,浸漬金屬、樹脂或聚四 乙烯等;其三,在炭-石墨基內(nèi)添加炭纖維等材料,還有利用固體潤滑劑等,因此,不但改善了它的運(yùn)轉(zhuǎn)性能,而且軸承的強(qiáng)度和韌性都有很大的提高.據(jù)介紹,用樹脂浸漬炭-石墨軸承,其強(qiáng)度可增加2-3倍,用金屬來浸漬其強(qiáng)度就增加的更大.

5.炭-石墨浸漬軸承的性能

炭-石墨軸承選用哪種材料做浸漬劑比較合適,要根據(jù)軸承的工作條件來決定.用來浸漬炭-石墨軸承的有酚醛樹脂,、呋喃樹脂,環(huán)氧樹脂等等.

6.炭-石墨復(fù)合軸承

炭-石墨復(fù)合軸承的種類很多,材質(zhì)除單一的炭質(zhì)或石墨質(zhì)外,為了改善潤滑性和耐磨性,提高強(qiáng)度和硬度等各種需要,改變原料種類,、配比和制造條件,來制成各種復(fù)合材料,這些材料的工業(yè)發(fā)展史較短,但發(fā)展得很迅速,具有很大的發(fā)展?jié)摿?

該種軸承耐腐蝕性好,對于酸、堿和有機(jī)溶劑較穩(wěn)定.耐熱性好,因其熱膨脹系數(shù)小,故熱穩(wěn)定性好,可適用于-250℃-250℃這一較寬的溫度范圍.

7.添加固體潤滑劑

人們熟悉的固體潤滑劑有石墨,、二硫化鉬,、云母及滑石等,后來新開發(fā)了 化石墨.固體潤滑劑除以粉末狀態(tài)的形式單獨(dú)使用外,也常將其分散于水或油中,或者添加到潤滑脂中使用

總之,現(xiàn)代的軍事、經(jīng)濟(jì),、工業(yè)的發(fā)展對炭-石墨軸承提出了更高的要求,高密高強(qiáng)炭-石墨材料越來越受歡迎.可以通過細(xì)化原材料粒度,改良浸漬工藝,、向炭-石墨基材中添加炭纖維、聚四 乙烯,、二硫化鉬等添加劑來改善炭-石墨軸承的性能,哈炭廠研制的潛水泵用新型軸承M209F和印染行業(yè)用復(fù)合炭-石墨軸承,便是對原炭-石墨軸承成功的改良,使之適應(yīng)了新環(huán)境,延長其使用壽命,有時(shí)甚至可以代替密封材料制成滑片,、活塞桿、密封環(huán),、軸承等零件用于各個(gè)領(lǐng)域,可見,其應(yīng)用還有待進(jìn)一步開發(fā).