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近几年来，氮化硅作为一种新型的工程陶瓷材料，在橡胶行业也获得了广泛的应用。它除具有极好的耐磨、耐蚀、抗热振、电绝缘、化学稳定、抗熔融有色金属侵蚀等特性外，还有收缩小（收缩率仅0.1％）和自润滑的优点。其耐腐蚀性和物理机械性能分别见表1、表2所示。
# _1 z. Y) w5 Y. w2 |8 Y8 k表1 氮化硅的耐腐蚀性: F; P: i Z2 V/ L, Q _/ B% U
介质 浓度，％ 耐腐蚀率，％
7 J s8 m1 V( U2 z, q/ I7 g2 @6 }硝酸 65～68 99.653 z) D! D: h% ?. Z# w" B
盐酸 36～38 99.72, Y! n# [7 r1 I
王水 99.49- m6 S0 \' S1 ]- d: |
醋酸 99 99.97' W/ m( M3 ]& x( c7 s5 k
硫酸 10 99.96" `$ i" X: B7 d7 b# D( c
硫酸 95～98 增重
, M9 Y, I. b) k( q, u3 R9 v4 q. K磷酸 99 99.88
8 q. R2 `5 h( i" U) f5 h烧碱 10 99.660 E8 G5 z: H& n4 k- o" b
烧碱 20 99.61
" [ ]7 w! P1 X* _: x1 X烧碱 30 99.53
3 h' U) y# }* u7 d表2 氮化硅的物理机械性能
# z9 S; {/ A; `' ^4 q8 O, i名称 反应烧结法 热压法
7 ~4 e+ }4 y- b }/ k- W密度，g/cm3 2.5～2.6 3.18
( K: E5 P0 Y% Z; ?) ^% m* i/ }0 T气孔率，％ 1.3 ＜19 _; P3 t: U8 ]& P4 M! i H; C$ t
抗弯强度，MPa 196 686～7843 ?$ o, }. }9 P1 L' ~1 I
抗压强度，MPa 118 , `! U: ^- o! G5 m# M( k
抗拉强度，MPa 118～137
: Z7 L# `) f, Z" K2 G9 f3 u抗冲击强度，MPa 0.15～0.2 0.47 }+ W8 L4 x! N4 A" X$ N) X* u
硬度（RA） 80～85 91～921 ]) B: _- Y4 P8 H Y
摩擦系数，f 0.1～0.5 ) J1 {: W6 _, r5 X
导热系数，Cal·cm/cm2·s·℃ 0.012 7 I! X1 j2 j0 M! {2 I6 L' M
电阻率，Ω·cm（20℃） 1013
! ^9 }$ } V2 |2 L% Q/ D" w4 k电阻率，Ω·cm（700℃） 108
5 h) t* H* R2 g2 m热膨胀系数 2.5×106 27～28×106
3 @, B# ^( S7 F; \2 X0 }由于氮化硅具有上述一系列优良的特性，所以近几年在机械密封上的应用，特别在泵、压缩机、透平机、风机、反应釜设备中用来堵塞工作介质轴端外泄漏起到了很好作用。由此得到启发，为提高油封的耐磨性，乙丙橡胶胶料中通过添加一定比例的氮化硅进行了试验，其结果见表3。; V2 I7 X7 E+ L- G' M; j0 a ~
表3 氮化硅配合乙丙橡胶的性能及其磨擦系数. N8 T8 u* d+ R; w
项目 添加前 添加后% W2 O3 A# c. ]- [
拉伸强度，MPa 116 143～1693 q" {7 d. u' H" p
伸长率，％ 110 92～98
1 C! x9 t2 g! |) R# W! j1 O永久变形，％ 6 0～1/ ?7 I; u& U6 ], F/ L4 P9 w
脆性温度，℃ ≯-50 ≯-65～-757 |7 Q3 B: _( t/ `0 j" f3 s
磨擦系数，f 1.13～1.16 0.83～0.94
L* _* d1 F/ o5 h磨痕宽度，m/m 13.0～13.4 10.0～11.21 X( c: O, P# a
从表3可以看出，添加氮化硅后硫化胶在常温时的磨擦系数f有所降低，磨擦生热减小。同时由于氮化硅的导热系数较大，加快了磨擦部位热量的散发，磨擦部位的温度较低，而且因氮化硅本身耐高温，添加氮化硅后其硫化胶的硬度随温升的变化缓慢（见图1），所以相应地降低了高温状态下的磨擦系数，提高了橡胶的耐磨性。
% o# |7 C8 r$ N
/ a; p, X4 P [! _; n1－添加氮化硅乙丙橡胶：2－原乙丙橡胶8 m2 M% A7 L' w1 [ Z5 ~
图1 硫化硬度随温度的变化8 ?; B& I& C$ O. Z
& x' d% G! E N7 I- p5 }( F
1－V形氮化硅橡胶油封；2－聚四氟乙烯档圈
* y" S* z9 T% l; Q4 ^图2 造气自控机密封示意图
1 u* q3 C X4 m: x7 j$ x$ z2 [! y在氮肥生产的第一道工序中是制造半水煤气。气体从自动控制机的传动轴部位经常因密封不佳而泄漏，使一部分原料气白白浪费，同时使车间空气严重污染，大量一氧化碳使工人健康受到影响。
. y6 O5 P7 L/ c+ D0 X原用密封材料是石棉盘根，在造气炉高温及煤气腐蚀下三个月就硬化而失去密封作用，导致大量泄漏煤气。从改变密封结构着手，改用耐蚀、耐磨的添加氮化硅的乙丙橡胶油封，配合使用聚四氟乙烯挡灰圈，可代替原来的石棉盘根。所用V形橡胶密封圈，内径为150mm，3个为一组，聚四氟乙烯挡灰圈加装在密封胶圈前面，见图2所示。/ T7 d7 }( X3 v+ d
经过实际运转，取得了较好效果。其优点可归纳如下：（1）减少了有毒气体泄漏，用原乙丙橡胶油封，隔不了多久，即发生半水煤气泄漏，使一部分原料气白白浪费，也就等于氮肥的损失；（2）改善了车间劳动条件。用原普通油封，失效后车间空气中含有大量一氧化碳，使人头晕、头痛。改用氮化硅配合的乙丙橡胶油封后，克服了这一现象，使车间环境条件获得了很大改善；（3）密封效果好，使用寿命长。原乙丙橡胶油封一般只用3个月即硬化而失效，但造气车间的维修期通常为一年，中间一般不能停车调换密封件。这样一年中只有3个月基本上能够达到密封，而漏气时间却为9个月。使用氮化硅配合的橡胶油封后，密封周期延长，能满足一年维修期的需要。 |
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