炭-石墨軸承

炭-石墨軸承（carbon-graphite bearing）是指用炭-石墨材料製作的滑動軸承。滑動軸承又分為徑向軸承和止推軸承兩種。炭-石墨滑動軸承套用於高溫及低溫、高速及低速滑動情況下，對有強腐蝕作用的氣體及液體介質有耐腐蝕性能。

基本介紹

• 中文名：炭-石墨軸承
• 外文名：carbon-graphite bearing
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 範圍：炭素
• 釋義：用炭-石墨材料製作的滑動軸承

簡介

由於炭-石墨軸承具有許多獨特的優點，其套用範圍在迅速擴大，品種也越來越多，尤其是出現了各種複合炭-石墨軸承，提高了炭-石墨軸承的強度、韌性等性能，使用範圍更加廣泛。軸承有滑動軸承和滾動軸承，炭素材料專門用來製作滑動軸承，各種炭軸承主要有以下幾種：膠合板乾燥機用軸承、防水型泵用軸承、膠合板製造機用軸承套、潛水泵用軸承、汽油流量計零件用軸承、化學泵用軸承。

炭-石墨軸承的安全運行

進行軸承的研製設計時，流體的種類（組成、密度、粘度、濃度）、溫度、壓力、有無料漿、軸承材質及其加工精度、軸徑、轉速或圓周速度、滿載荷和運行頻度等數據是必要的條件，最重要的是把壓力值控制在極限值之內，才能保證炭-石墨軸承的安全運行。極限值也因環境條件和軸承的加工形狀（如有無開槽和倒角）等變動很大，除特殊情況外，設計時要有餘量，一般為極限值的50%-70%。

在乾運轉的情況下，炭-石墨軸承允許的最大載荷受到軸承的強度和允許的磨損速率的限制，其允許的最大線速度則受到軸承磨擦面上所產生熱量的限制。而磨損速率又受到軸承的材質，軸及軸承的加工情況，載荷、速度及周圍介質等條件的影響。一般說來，其磨損速率與載荷、溫度和速度的平方成比例。在高溫下其壓力值必須比低溫時要小得多，才能保證軸承的安全使用。

在乾運轉的情況下，軸承允許的壓力值亦直接受到軸承材質的影響。故在這種情況下，一般都選用石墨質和金屬石墨質軸承。

在選用炭-石墨軸承的時候，還要考慮軸承的運行溫度。這個溫度是由兩個方面因素構成的，一方面是由於軸承周圍介質的溫度，另一方面是由於在軸承摩擦面產生的摩擦熱量。當軸承浸在液體或是被液體所噴濺的時候（濕運轉），其摩擦和磨損大大地降低了，在同一條件下，材料在液體中摩擦係數和磨損量往往為大氣中的1/5-1/10。

炭-石墨軸承的磨損

炭-石墨軸承的磨損取決於它的材質、軸的材質及表面狀況、總壓力、速度和周圍環境等因素。就軸承來說，存在著兩種形式的摩擦，即靜摩擦和動摩擦。靜摩擦取決於表面狀態和所採用的材料。一般說來，炭-石墨軸承的靜摩擦比同樣情況下的金屬軸承要小一些。

如果能夠降低軸承的磨損，不僅增大了軸承的壽命而且也可提高極限值，改善不良的運行效果，保證炭-石墨軸承的安全運行。

炭-石墨軸承的性質

1.良好的自潤滑性能

炭-石墨軸承具有良好的自潤滑性能，主要有兩方面原因。原因之一是：石墨晶格內的碳原子按正六角形排列於各平面上，原子間的距離較近，為0.142nm，而各平面之間的距離為0.335nm，並且沿同一方向相互錯開。第三個平面重複第一個平面的位置，第四個平面又重複第二個平面的位置，依次類推。在每一個平面上，碳原子間的結合力很強，而平面之間的距離較大，它們之間范德華作用力很弱，故層與層之間易於離開和相對滑動，這就是石墨材料具有自潤滑性能的根本原因。

原因之二是：石墨材料與大部分金屬材料有較強的附著力，因此在與金屬對磨時剝落的石墨就很容易附著在金屬表面上，形成一層石墨膜，變成了石墨與石墨之間的摩擦，從而大大降低了磨損和摩擦係數，這也是炭-石墨軸承具有優良的自潤滑性能與減摩性能的原因之一。

正由於炭-石墨軸承具有良好的自潤滑性能，在使用時可以不加潤滑油而乾運轉，因此，炭-石墨軸承就被在工作時不允許加潤滑油的工業部門所廣泛採用。

2.具有良好的化學穩定性

石墨材料是一種化學穩定的材料，其化學穩定性不遜於貴金屬。在熔融的銀中它的溶解度僅為0.001%-0.002%。石墨不論在有機或是無機的溶劑中都不溶解。在大部分酸、鹼和鹽中不腐蝕、不溶解。

3.炭-石墨軸承的耐高溫性能

經過實驗，一般炭素級軸承使用溫度可達350℃；金屬石墨級軸承也是350℃；而電化石墨級軸承可達450-500℃（在輕載荷情況下），其物理和機械性能仍保持不變，如果在真空或者保護氣氛下，其使用溫度可達1000℃。

4.炭-石墨軸承的其他性能

炭-石墨軸承與其他軸承相比較，還具有導熱性高，線膨脹係數小，耐急冷急熱等性能。但是，炭-石墨製品是一種脆性的硬度不高的材料。它的機械強度依其結構和工藝條件而定。密度高的，機械強度也大。一般的炭-石墨材料的體積密度在1.55-1.98g/cm3之間，其抗壓強度為20-68MPa，比強度為中等，但它的機械強度隨著溫度的升高而增大，在2000-2500℃之間它的機械強度大約比室溫下增加一倍，在這樣的溫度下，它的比強度比現有的許多材料都高。儘管如此，由於炭-石墨材料屬於脆性材料，其本身所固有的強度（在常溫下）又不算高，因而使用範圍受到了限制。

這個問題得到了解決，主要方法是：其一，改善原材料的粒度；其二，浸漬金屬、樹脂或聚四氟乙烯等；其三，在炭-石墨基內添加炭纖維等材料，還有利用固體潤滑劑等，因此，不但改善了它的運轉性能，而且軸承的強度和韌性都有很大的提高。據介紹，用樹脂浸漬炭-石墨軸承，其強度可增加2-3倍，用金屬來浸漬其強度就增加的更大。

5.炭-石墨浸漬軸承的性能

炭-石墨軸承選用哪種材料做浸漬劑比較合適，要根據軸承的工作條件來決定。用來浸漬炭-石墨軸承的有酚醛樹脂、呋喃樹脂，環氧樹脂等等。

6.炭-石墨複合軸承

炭-石墨複合軸承的種類很多，材質除單一的炭質或石墨質外，為了改善潤滑性和耐磨性，提高強度和硬度等各種需要，改變原料種類、配比和製造條件，來製成各種複合材料，這些材料的工業發展史較短，但發展得很迅速，具有很大的發展潛力。

該種軸承耐腐蝕性好，對於酸、鹼和有機溶劑較穩定。耐熱性好，因其熱膨脹係數小，故熱穩定性好，可適用於-250℃-250℃這一較寬的溫度範圍。

7.添加固體潤滑劑

人們熟悉的固體潤滑劑有石墨、二硫化鉬、雲母及滑石等，後來新開發了氟化石墨。固體潤滑劑除以粉末狀態的形式單獨使用外，也常將其分散於水或油中，或者添加到潤滑脂中使用。

炭-石墨軸承的套用範圍

1.套用在軸承運轉時不準許使用油脂潤滑劑的地方

例如食品、飲料、紡織、化學等工業部門中使用的運輸機、造紙工業用的乾燥機、紡織工業中的布乾燥機、人造纖維織機和香菸製造設備及潛水泵用機等的軸承。在這些地方油脂潤滑劑被禁止使用，而炭-石墨軸承的自潤滑性能很強，可不需要使用潤滑油而進行乾運轉，因此，在這些部門可以廣泛使用。

2.套用在因溫度高而普通軸承不能使用的地方

鑄錠運送機、鍋爐預熱器和鍋爐室中焰管通風門和鼓風機、高溫爐運料機、鋼鐵工業中的加料機以及煙道閥門調節機等的軸承均可使用炭-石墨軸承，而能保證其正常運轉。

3.套用在化學和紡織等工業中

有些軸承運行在有腐蝕性的氣體或者液體之中，在這種場合下，不但禁止使用油脂潤滑劑，而且金屬軸承也會很快被腐蝕。例如，葉輪軸承浸在各種液體裡運轉的離心泵；軸承在汽油、石臘、煤油等液體裡運轉的燃料計量泵；主葉輪軸承浸在熱水中運行的中心熱循環泵；軸承運行在各種具有腐蝕性介質中的混合器；主葉輪軸承浸在熱水中運轉的自動洗滌機；軸承浸在各種液體裡的液體測量計，以及軸承運行在有酸噴濺的人造纖維濕法紡織機等，都採用炭-石墨軸承。另外，現代科技還需要炭-石墨軸承能夠在放射性介質複雜環境中安全使用等。

總結

總之，現代的軍事、經濟、工業的發展對炭-石墨軸承提出了更高的要求，高密高強炭-石墨材料越來越受歡迎。可以通過細化原材料粒度，改良浸漬工藝、向炭-石墨基材中添加炭纖維、聚四氟乙烯、二硫化鉬等添加劑來改善炭-石墨軸承的性能，哈炭廠研製的潛水泵用新型軸承M209F和印染行業用複合炭-石墨軸承，便是對原炭-石墨軸承成功的改良，使之適應了新環境，延長其使用壽命，有時甚至可以代替密封材料製成滑片、活塞桿、密封環、軸承等零件用於各個領域，可見，其套用還有待進一步開發。