为什么常用碳 - 石墨来做机械密封的摩擦副?

碳-石墨(以下简称石墨)是摩擦副中经常选用的材料这是因为它有许多优良性能。

1)较高的导热性。碳的导热系数 20~ 40W/(m·K)，石墨的导热系数 40~128W/(m·K)，仅次于银、铜和铝，是非金属材料中唯一具有高导热率的材料，比某些金属(例如司太利硬质合金和哈氏合金等)的导热率高得多。因此能及时将产生的摩擦热散失，从而降低密封端面的温度，这对提高其可靠性和使用寿命都是非常必要的。

2)较低的线膨胀系数。石墨的线膨胀系数为 2x 10-6,6x 10-6/℃，大约是金属的 1/2~1/4。在温度升高时，其热变形较小，对保持密封端面的平行是有利的。低的膨胀系数加上高的导热率，使其具有良好的热稳定性，耐热、耐寒和耐热冲击性能好，在承受温度剧变的时候不产生裂纹。

3)良好的耐腐蚀性。石墨的化学稳定性很好，在空气中400℃以下稳定，除强氧化性介质如王水、铬酸、浓硫酸及卤族元素外，可耐其他酸、碱、盐及一切有机化合物的腐蚀。需要说明的是其耐蚀程度随石墨的种类和浸渍剂的不同而异。

4) 极好的自润滑性。这是因为石墨与金属或其他材料相对摩擦时，石墨转移到金属表面，形成石墨与石墨的相对摩擦。此外石墨还有低的摩擦系数，石墨与金属对磨对摩擦系数为 0.04 ~ 0.05，在全液润滑条件下，摩擦系数仅为0.008~0.01。

5) 石墨的抗拉强度较低，抗压强度较高，属于一种脆性材料。由于硬度较低，常用做摩擦副中的软环。可以很方便地进行各种加工。

其突出的缺点是气孔率较大，一般在 18% ~22%。为弥补此缺点，实际应用的石墨都是浸渍过的，以堵塞气孔，提高密封性。

常用碳-石墨做机械密封的摩擦副是因为它具有高导热性，低线膨胀系数，良好耐腐蚀性，优秀的自润滑性和较高的抗压强度。这些性能使得石墨在摩擦热散失、保持密封端面平行、耐温度变化、耐不同介质腐蚀和降低摩擦系数等方面表现出色，有利于提高机械密封的可靠性和使用寿命。气孔率较大的缺点可以通过浸渍处理来解决。
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