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轴承是机械工业中常用的一种滑动机件.石墨轴承是随着机械设备的性能要求,在金属轴承的基础上开发并发展起来的炭质轴承.炭质轴承有不同于金属轴承的特性,如自润滑、耐高温、耐腐蚀、质轻等.随着科学技术的发展,石墨轴承也得到了进一步的拓展,制造出了青铜石墨含油轴承、镶嵌石墨轴承.为各种工况条件下的轴承选择提供了更大空间,满足了不同技术条件的要求.另外,炭复合材料轴承由于它的可设计性和特有的材料功能将是今后轴承材料的发展方向.

炭-石墨轴承(carbon-graphite bearing)是指用炭-石墨材料制作的滑动轴承.滑动轴承又分为径向轴承和止推轴承两种.炭-石墨滑动轴承应用于高温及低温、高速及低速滑动情况下,对有强腐蚀作用的气体及液体介质有耐腐蚀性能.

由于炭-石墨轴承具有许多独特的优点,其应用范围在迅速扩大,品种也越来越多,尤其是出现了各种复合炭-石墨轴承,提高了炭-石墨轴承的强度、韧性等性能,使用范围更加广泛.轴承有滑动轴承和滚动轴承,炭素材料专门用来制作滑动轴承,各种炭轴承主要有以下几种:胶合板干燥机用轴承、防水型泵用轴承、胶合板制造机用轴承套、潜水泵用轴承、汽油流量计零件用轴承、化学泵用轴承

炭-石墨轴承的安全运行

进行轴承的研制设计时,流体的种类(组成、密度、粘度、浓度)、温度、压力、有无料浆、轴承材质及其加工精度、轴径、转速或圆周速度、满载荷和运行频度等数据是必要的条件, 重要的是把压力值控制在极限值之内,才能保证炭-石墨轴承的安全运行.极限值也因环境条件和轴承的加工形状(如有无开槽和倒角)等变动很大,除特殊情况外,设计时要有余量,一般为极限值的50%-70%.

在干运转的情况下,炭-石墨轴承允许的大载荷受到轴承的强度和允许的磨损速率的-,其允许的大线速度则受到轴承磨擦面上所产生热量的-.而磨损速率又受到轴承的材质,轴及轴承的加工情况,载荷、速度及周围介质等条件的影响.一般说来,其磨损速率与载荷、温度和速度的平方成比例.在高温下其压力值必须比低温时要小得多,才能保证轴承的安全使用.

在干运转的情况下,轴承允许的压力值亦直接受到轴承材质的影响.故在这种情况下,一般都选用石墨质和金属石墨质轴承.

在选用炭-石墨轴承的时候,还要考虑轴承的运行温度.这个温度是由两个方面因素构成的,一方面是由于轴承周围介质的温度,另一方面是由于在轴承摩擦面产生的摩擦热量.当轴承浸在液体或是被液体所喷溅的时候(湿运转),其摩擦和磨损大大地降低了,在同一条件下,材料在液体中摩擦系数和磨损量往往为大气中的1/5-1/10

炭-石墨轴承的性质

1.良好的自润滑性能

炭-石墨轴承具有良好的自润滑性能,主要有两方面原因.原因之一是:石墨晶格内的碳原子按正六角形排列于各平面上,原子间的距离较近,为,而各平面之间的距离为,并且沿同一方向相互错开.第三个平面重复第一个平面的位置,第四个平面又重复第二个平面的位置,依次类推.在每一个平面上,碳原子间的结合力很强,而平面之间的距离较大,它们之间范德华作用力很弱,故层与层之间易于离开和相对滑动,这就是石墨材料具有自润滑性能的根本原因.

原因之二是:石墨材料与大部分金属材料有较强的附着力,因此在与金属对磨时剥落的石墨就很容易附着在金属表面上,形成一层石墨膜,变成了石墨与石墨之间的摩擦,从而大大降低了磨损和摩擦系数,这也是炭-石墨轴承具有优良的自润滑性能与减摩性能的原因之一.

正由于炭-石墨轴承具有良好的自润滑性能,在使用时可以不加润滑油而干运转,因此,炭-石墨轴承就被在工作时不允许加润滑油的工业部门所广泛采用.

2.具有良好的化学稳定性

石墨材料是一种化学稳定的材料,其化学稳定性不逊于贵金属.在熔融的银中它的溶解度仅为%-%.石墨不论在有机或是无机的溶剂中都不溶解.在大部分酸、碱和盐中不腐蚀、不溶解.

3.炭-石墨轴承的耐高温性能

经过实验,一般炭素级轴承使用温度可达350℃;金属石墨级轴承也是350℃;而电化石墨级轴承可达450-500℃(在轻载荷情况下),其物理和机械性能仍保持不变,如果在真空或者保护气氛下,其使用温度可达1000℃.

4.炭-石墨轴承的-性能

炭-石墨轴承与-轴承相比较,还具有导热性高,线膨胀系数小,耐急冷急热等性能.但是,炭-石墨制品是一种脆性的硬度不高的材料.它的机械强度依其结构和工艺条件而定.密度高的,机械强度也大.一般的炭-石墨材料的体积密度在-/cm3之间,其抗压强度为20-68MPa,比强度为中等,但它的机械强度随着温度的升高而增大,在2000-2500℃之间它的机械强度大约比室温下增加一倍,在这样的温度下,它的比强度比现有的许多材料都高.尽管如此,由于炭-石墨材料属于脆性材料,其本身所固有的强度(在常温下)又不算高,因而使用范围受到了-.

这个问题得到了解决,主要方法是:其一,改善原材料的粒度;其二,浸渍金属、树脂或聚四 乙烯等;其三,在炭-石墨基内添加炭纤维等材料,还有利用固体润滑剂等,因此,不但改善了它的运转性能,而且轴承的强度和韧性都有很大的提高.据介绍,用树脂浸渍炭-石墨轴承,其强度可增加2-3倍,用金属来浸渍其强度就增加的更大.

5.炭-石墨浸渍轴承的性能

炭-石墨轴承选用哪种材料做浸渍剂比较合适,要根据轴承的工作条件来决定.用来浸渍炭-石墨轴承的有酚醛树脂、呋喃树脂,环氧树脂等等.

6.炭-石墨复合轴承

炭-石墨复合轴承的种类很多,材质除单一的炭质或石墨质外,为了改善润滑性和耐磨性,提高强度和硬度等各种需要,改变原料种类、配比和制造条件,来制成各种复合材料,这些材料的工业发展史较短,但发展得很迅速,具有很大的发展潜力.

该种轴承耐腐蚀性好,对于酸、碱和有机溶剂较稳定.耐热性好,因其热膨胀系数小,故热稳定性好,可适用于-250℃-250℃这一较宽的温度范围.

7.添加固体润滑剂

人们熟悉的固体润滑剂有石墨、二硫化钼、云母及滑石等,后来新开发了 化石墨.固体润滑剂除以粉末状态的形式单独使用外,也常将其分散于水或油中,或者添加到润滑脂中使用

总之,现代的军事、经济、工业的发展对炭-石墨轴承提出了更高的要求,高密高强炭-石墨材料越来越受欢迎.可以通过细化原材料粒度,改良浸渍工艺、向炭-石墨基材中添加炭纤维、聚四 乙烯、二硫化钼等添加剂来改善炭-石墨轴承的性能,哈炭厂研制的潜水泵用新型轴承M209F和印染行业用复合炭-石墨轴承,便是对原炭-石墨轴承成功的改良,使之适应了新环境,延长其使用寿命,有时甚至可以代替密封材料制成滑片、活塞杆、密封环、轴承等零件用于各个领域,可见,其应用还有待进一步开发.