新型密封材料及其应用

1.柔性石墨

柔性石墨材料属于纯石墨材料，它不仅具有普通石墨的优良性能（如耐蚀性、耐高低温、耐高剂量辐射、各向异性、摩擦因数小、自润滑性好等），还具有优良的柔软性与弹性，对液体和气体的渗透性极低，自润滑性和耐高温性能也比普通人造石墨更优良，所以柔性石墨是一种具有广阔发展前途的新型密封材料。

柔性石墨材料具有以下特点：

1）柔性石墨对气体和液体均具有良好的不渗透性，如厚度为0.125mm的薄板，氦的透过率仅为2×10^-1cm³/s。

2）柔软性及回弹性好。

3）耐温性好。柔性石墨在非氧化性介质中的使用温度为-200～1600℃，但在氧化性介质中易被氧化。

4）耐辐照性强，即使在通量为5.5×10²¹中子数/cm²的中子流（1000℃）或辐射量为9.1×10³～1.5×10⁴J/gγ射线照射的情况下也无明显变化。

5）各向异性。柔性石墨的传热、导电及热膨胀系数有明显的各向异性现象。

6）耐蚀性好。柔性石墨的耐蚀性优异，它对一般化学溶剂、石墨产品、酯类、水水蒸气、还原性介质等均保持良好的化学稳定性，但在氧化性介质中却有一定的局限性。

7）柔性石墨具有密度低、强度高、回弹性好的优点。

2.复合材料

复合材料的最大优越性是它的性能比其组成材料好：其一，它可以改善或克服组成原材料的弱点，并充分发挥它们的优点；其二，它可以按照密封件的结构及受力要求，进行材料的最佳设计；其三，它可以具备单一材料不易具备的性能或功能。

（1）碳纤维复合材料 碳纤维复合材料包括碳纤维树脂复合材料、碳纤维碳复合材料、碳纤维金属复合材料、碳纤维陶瓷复合材料等。各种碳纤维复合材料的特点如下：(www.xing528.com)

1）碳纤维树脂复合材料。碳纤维树脂复合材料的基体树脂，包括环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯等。这类材料的密度比铝小，强度比钢高，弹性模量比铝合金和钢大，疲劳强度高，冲击韧度好，耐水和湿气，化学稳定性好，摩擦因数小，热导率高，受X线辐射时强度和模量不变化。

2）碳纤维碳复合材料。这种复合材料采用有机体浸渍纤维坯块，固化后再进行热解，或将纤维坯型经化学气相沉积，直接填入碳。这种材料除具有石墨的各种优点外，强度和韧性比石墨高5～10倍。刚度和耐磨性高，化学稳定性好，尺寸稳定性也好。

3）碳纤维金属复合材料。由于碳不易被金属润湿，在高温下容易生成金属碳化物，目前主要用于熔点较低的金属或合金。在碳纤维表面镀金属，制成碳纤维铝基复合材料，这种材料在接近于金属熔点时仍有很好的强度和弹性模量。用碳纤维和铝锡合金制成的复合材料，是一种减摩性好，强度很高的高级密封材料。

4）碳纤维陶瓷复合材料。单向碳纤维增强无定形二氧化硅复合材料，是碳纤维体积分数为50%的复合材料，在室温条件下的弯曲模量为1.55×10⁵MPa，800℃时仍保持1.05×10⁵MPa。另外，用碳纤维增强碳化硅或氮化硅均可提高单一材料的冲击韧度。

（2）金属纤维复合材料 金属纤维复合材料主要包括金属纤维金属复合材料及金属纤维陶瓷复合材料两种，其特点如下：

1）金属纤维金属复合材料。此种材料最常见的增强剂为钨钼丝，基体为镍合金和钛合金。其特点是高温强度高，同时塑性及韧性也比较好。用钨纤维增强的复合材料，可大大提高高温强度，用这种材料制造的密封装置，在提高工作温度的同时，可以大大提高许用工作应力。用钼纤维增强的钛合金复合材料，其高温强度及弹性模量，要比未增强钛合金复合材料高得多。

2）金属纤维陶瓷复合材料。陶瓷材料的优点是压缩强度大，弹性模量高，耐氧化性能强，是一种很好的耐热密封材料。但缺点是脆性大和热稳定性不高，而用金属纤维增强，则可充分利用金属纤维的韧性和抗拉能力，从而改善陶瓷的脆性和热稳定性。

（3）硼纤维复合材料 包括硼纤维树脂复合材料和硼纤维金属复合材料。

1）硼纤维树脂复合材料。此种复合材料的基体主要为环氧树脂、聚苯并咪唑和聚酰亚胺等树脂。硼纤维树脂复合材料的特点是压缩强度和剪切强度很高，蠕变小，硬度和弹性模量高。同时具有很高的疲劳强度，耐辐射，对水、有机溶剂和燃料、润滑剂很稳定。

2）硼纤维金属复合材料。常用的基体为铝、镁及其合金，还有钛及其合金。硼纤维的体积分数约为30%～50%。用高模量连续硼纤维增强的铝基复合材料的强度、弹性模量和疲劳极限，一直到500℃都比高强度铝合金和耐热铝合金高。在400℃以下的持久强度为烧结铝的5倍，它的比强度比钢和钛合金还高。

（4）固体自润复合材料及耐磨复合材料 固体自润滑材料本身有润滑作用。例如，在聚甲醛、氟塑料、聚苯撑、聚苯醚等聚合物基体中加入起增强和润滑作用的填料，如玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、二硫化钼、石墨、青铜粉等，可制成自润滑复合材料。再比如氟塑料，虽然摩擦因数小，热性能及耐蚀性优良，但由于它易冷流，线胀系数大以及热导率低，使它在作为动密封摩擦副材料时受到很大限制；而在氟塑料中加入上述起增强和润滑作用的填料制成的复合材料，既能克服缺陷，又能保持原有的优点。

以石墨纤维、碳纤维增强的尼龙、苯甲醛、氟塑料的复合材料，能制作高速自润滑、耐磨及耐高温的密封件。