SiC 세라믹 기계적 씰

건식가스씰(Dry Gas Seal)은 가스동압베어링(Gas Dynamic Pressure Bearing)을 기반으로 메카니컬씰(Mechanical Seal)의 근본적인 개선을 통해 개발된 새로운 형태의 비접촉 씰이다. 건식 가스 씰은 높은 제한 속도, 우수한 씰링 성능, 긴 서비스 수명을 제공하고 씰링 오일 시스템이 필요 없으며 전력 소비가 적고 작동이 쉽고 운영 및 유지 관리 비용이 낮아 석유 산업에서 널리 사용됩니다. 씰 표면의 높은 표면 속도로 인해 원심력과 매체 압력의 결합 효과로 인해 압력 및 작동 중에 회전 및 고정 링에 심각한 기계적 및 열적 변형이 발생할 수 있습니다.  회전 링과 고정 링 사이의 가스막 두께는 수 마이크로미터에 불과하므로 약간의 변형이라도 밀봉 효과와 신뢰성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 건식 가스 씰은 마찰 쌍 씰링 재료에 대한 수요가 높습니다.

정상적인 작동을 보장하기 위해밀봉 링기계식 밀봉 장치에서는 마찰 감소, 내식성, 고착 방지 등의 요소를 고려하여 밀봉 링을 경도가 다른 한 쌍의 링, 일반적으로 하드 링과 소프트 링으로 만드는 경우가 많습니다. 경질 링은 일반적으로 회전 링이므로 경질 링 재료는 충분한 강도와 강성, 우수한 마찰 특성, 우수한 열 전도성 및 내열성 및 우수한 내식성을 가져야 합니다.

높은 경도와 낮은 마찰계수탄화규소내마모성이 뛰어나 다양한 미끄럼 마찰 및 마모 조건에 특히 적합합니다. 탄화규소는 고온 강도가 매우 높습니다. 1400°C에서의 굽힘 강도는 실온에서의 굽힘 강도와 동일합니다. 다양한 모양, 크기, 높은 표면 마감의 씰링 링으로 가공할 수 있어 기밀성이 우수하고 수명이 길다. 따라서 탄화 규소는 고온 조건에서 기계적 밀봉에 사용될 수 있습니다.

실리콘 카바이드화학적 안정성이 우수하고 부식성이 높은 다양한 산성 및 알칼리성 매체를 견딜 수 있어 부식성 매체의 기계적 밀봉에 적합합니다. 부식성 마모는 마찰 쌍 재료의 주요 파손 형태입니다. 열간 압착 소결 탄화규소는 산화 분위기에서 표면에 보호 이산화규소 막을 형성하여 900°C에서도 우수한 화학적 안정성과 강한 내식성을 유지합니다.

SiC 세라믹은 고강도, 고경도, 내열성, 내화학성, 내마모성, 내열충격성을 갖춘 고성능 특수 세라믹 소재입니다. 그러나 SiC 세라믹 씰이 마찰 접촉을 겪을 때 높은 경도 특성으로 인해 건식 가스 씰 시작 및 종료 중에 두 작업 표면 사이에 접착이 발생합니다. 이로 인해 마찰 계수가 증가하고 끝면 온도가 상승하여 국부적인 가열과 열충격이 발생합니다.  마찰 쌍이 달라붙어 단면 마모가 악화되고 씰의 서비스 수명이 크게 단축되어 조기 고장이 발생합니다. 따라서 SiC 세라믹의 변형이 필요합니다. 연구에 따르면 SiC 세라믹 매트릭스에 균일하게 분포된 나노입자, 위스커 및 섬유는 균열 브리징, 균열 편향, 균열 고정 및 풀아웃 강화를 통해 SiC 세라믹의 내부 균열 전파를 억제하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.

현재 SiC 세라믹의 주요 소결 방법은 반응소결과 무압력소결이다. 반응 소결 SiC 세라믹은 전반적인 성능이 좋지 않아 건식 가스 씰 요구 사항을 충족할 수 없는 반면, 무압 소결 탄화규소는 우수한 경도, 겉보기 다공성, 굴곡 강도 및 압축 강도를 나타내므로 건식 가스 씰 마찰 쌍에 이상적인 재료입니다. 무압력 소결은 다시 고상 소결과 액상 소결로 구분됩니다. 액상 소결은 소결 보조제로 고온에서 공융 액상을 형성하는 다성분 저공융 산화물을 활용합니다. 이는 세라믹 분말의 물질 전달 메커니즘을 확산에서 점성 흐름으로 변경하며, 이는 고상 소결에 비해 세라믹 치밀화에 필요한 에너지를 크게 줄여 에너지 보존 및 배출 감소를 위한 국가 계획에 부합합니다.

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