Segel mekanismemainkan peran yang sangat penting dalam mencegah kebocoran di berbagai industri. Di industri kelautan terdapatsegel mekanis pompa, segel mekanis poros berputar. Dan di industri minyak dan gas terdapatsegel mekanis kartrid,Segel mekanis terpisah atau segel mekanis gas kering. Di industri otomotif terdapat segel mekanis air. Dan di industri kimia terdapat segel mekanis mixer (segel mekanis pengaduk) dan segel mekanis kompresor.
Tergantung pada kondisi penggunaan yang berbeda, diperlukan solusi penyegelan mekanis dengan material yang berbeda. Ada banyak jenis material yang digunakan dalam hal ini.segel poros mekanis seperti segel mekanis keramik, segel mekanis karbon, segel mekanis silikon karbida,Segel mekanis SSIC danSegel mekanis TC.
Segel mekanis keramik
Segel mekanis keramik merupakan komponen penting dalam berbagai aplikasi industri, yang dirancang untuk mencegah kebocoran cairan antara dua permukaan, seperti poros yang berputar dan wadah stasioner. Segel ini sangat dihargai karena ketahanan ausnya yang luar biasa, ketahanan terhadap korosi, dan kemampuannya untuk menahan suhu ekstrem.
Peran utama segel mekanis keramik adalah untuk menjaga integritas peralatan dengan mencegah kehilangan cairan atau kontaminasi. Segel ini digunakan di berbagai industri, termasuk minyak dan gas, pengolahan kimia, pengolahan air, farmasi, dan pengolahan makanan. Penggunaan luas segel ini dapat dikaitkan dengan konstruksinya yang tahan lama; segel ini terbuat dari material keramik canggih yang menawarkan karakteristik kinerja superior dibandingkan dengan material segel lainnya.
Segel mekanis keramik terdiri dari dua komponen utama: satu adalah permukaan stasioner mekanis (biasanya terbuat dari bahan keramik), dan yang lainnya adalah permukaan putar mekanis (umumnya terbuat dari grafit karbon). Aksi penyegelan terjadi ketika kedua permukaan ditekan bersama menggunakan gaya pegas, menciptakan penghalang efektif terhadap kebocoran cairan. Saat peralatan beroperasi, lapisan pelumas di antara permukaan penyegelan mengurangi gesekan dan keausan sekaligus mempertahankan penyegelan yang rapat.
Salah satu faktor penting yang membedakan segel mekanis keramik dari jenis lainnya adalah ketahanan ausnya yang luar biasa. Material keramik memiliki sifat kekerasan yang sangat baik yang memungkinkan mereka untuk menahan kondisi abrasif tanpa kerusakan yang signifikan. Hal ini menghasilkan segel yang lebih awet dan membutuhkan penggantian atau perawatan yang lebih jarang daripada yang terbuat dari material yang lebih lunak.
Selain tahan aus, keramik juga menunjukkan stabilitas termal yang luar biasa. Keramik dapat menahan suhu tinggi tanpa mengalami degradasi atau kehilangan efisiensi penyegelannya. Hal ini membuat keramik cocok untuk digunakan dalam aplikasi suhu tinggi di mana material penyegel lainnya mungkin gagal sebelum waktunya.
Terakhir, segel mekanis keramik menawarkan kompatibilitas kimia yang sangat baik, dengan ketahanan terhadap berbagai zat korosif. Hal ini menjadikannya pilihan yang menarik bagi industri yang secara rutin berurusan dengan bahan kimia keras dan cairan agresif.
Segel mekanis keramik sangat penting.segel komponenDirancang untuk mencegah kebocoran cairan pada peralatan industri. Sifat uniknya, seperti ketahanan aus, stabilitas termal, dan kompatibilitas kimia, menjadikannya pilihan utama untuk berbagai aplikasi di berbagai industri.
| sifat fisik keramik | ||||
| Parameter teknis | satuan | 95% | 99% | 99,50% |
| Kepadatan | g/cm3 | 3.7 | 3,88 | 3.9 |
| Kekerasan | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Tingkat porositas | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Kekuatan patahan | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Koefisien ekspansi termal | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Konduktivitas termal | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Segel mekanis karbon
Segel karbon mekanis memiliki sejarah panjang. Grafit adalah salah satu bentuk unsur karbon. Pada tahun 1971, Amerika Serikat mempelajari material penyegel mekanis grafit fleksibel yang berhasil, yang memecahkan masalah kebocoran katup energi atom. Setelah melalui proses pengolahan lebih lanjut, grafit fleksibel menjadi material penyegel yang sangat baik, yang kemudian dibuat menjadi berbagai segel mekanis karbon dengan efek penyegelan komponen. Segel mekanis karbon ini digunakan dalam industri kimia, perminyakan, dan tenaga listrik, seperti penyegelan fluida suhu tinggi.
Karena grafit fleksibel terbentuk melalui ekspansi grafit yang diperluas setelah suhu tinggi, jumlah zat penginterkalasi yang tersisa dalam grafit fleksibel sangat kecil, tetapi tidak sepenuhnya hilang, sehingga keberadaan dan komposisi zat penginterkalasi sangat berpengaruh terhadap kualitas dan kinerja produk.
Pemilihan Material Permukaan Segel Karbon
Penemu aslinya menggunakan asam sulfat pekat sebagai oksidan dan agen interkalasi. Namun, setelah diaplikasikan pada segel komponen logam, sejumlah kecil sulfur yang tersisa dalam grafit fleksibel ditemukan dapat menyebabkan korosi pada logam kontak setelah penggunaan jangka panjang. Mengingat hal ini, beberapa sarjana dalam negeri telah mencoba untuk memperbaikinya, seperti Song Kemin yang memilih asam asetat dan asam organik sebagai pengganti asam sulfat. Ia menggunakan asam nitrat secara perlahan dan menurunkan suhu hingga suhu kamar, serta membuat campuran asam nitrat dan asam asetat. Dengan menggunakan campuran asam nitrat dan asam asetat sebagai agen interkalasi, grafit ekspansi bebas sulfur disiapkan dengan kalium permanganat sebagai oksidan, dan asam asetat ditambahkan secara perlahan ke asam nitrat. Suhu diturunkan hingga suhu kamar, dan campuran asam nitrat dan asam asetat dibuat. Kemudian grafit serpihan alami dan kalium permanganat ditambahkan ke dalam campuran ini. Dengan pengadukan konstan, suhu dijaga pada 30°C. Setelah reaksi selama 40 menit, air dicuci hingga netral dan dikeringkan pada suhu 50-60°C, dan grafit yang mengembang dibuat setelah ekspansi suhu tinggi. Metode ini mencapai kondisi tanpa vulkanisasi selama produk dapat mencapai volume ekspansi tertentu, sehingga menghasilkan sifat bahan penyegel yang relatif stabil.
| Jenis | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Merek | Dibuahi | Dibuahi | Fenol yang Diimpregnasi | Antimon Karbon(A) | |||||
| Kepadatan | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Kekuatan Patah | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Kekuatan Tekan | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Kekerasan | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Porositas | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Suhu | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Segel mekanis silikon karbida
Silikon karbida (SiC) juga dikenal sebagai karborundum, yang terbuat dari pasir kuarsa, kokas minyak bumi (atau kokas batubara), serpihan kayu (yang perlu ditambahkan saat memproduksi silikon karbida hijau) dan sebagainya. Silikon karbida juga memiliki mineral langka di alam, yaitu murbei. Dalam bahan baku refraktori berteknologi tinggi non-oksida C, N, B, dan lainnya saat ini, silikon karbida adalah salah satu bahan yang paling banyak digunakan dan ekonomis, yang dapat disebut pasir baja emas atau pasir refraktori. Saat ini, produksi industri silikon karbida di Tiongkok terbagi menjadi silikon karbida hitam dan silikon karbida hijau, keduanya merupakan kristal heksagonal dengan proporsi 3,20 ~ 3,25 dan kekerasan mikro 2840 ~ 3320 kg/m².
Produk silikon karbida diklasifikasikan menjadi berbagai jenis sesuai dengan lingkungan aplikasi yang berbeda. Umumnya, silikon karbida lebih banyak digunakan secara mekanis. Misalnya, silikon karbida merupakan material ideal untuk segel mekanis silikon karbida karena ketahanan korosi kimianya yang baik, kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, ketahanan aus yang baik, koefisien gesekan yang kecil, dan ketahanan terhadap suhu tinggi.
Cincin segel SIC dapat dibagi menjadi cincin statis, cincin bergerak, cincin datar, dan sebagainya. Silikon SiC dapat dibuat menjadi berbagai produk karbida, seperti cincin putar silikon karbida, dudukan stasioner silikon karbida, bushing silikon karbida, dan sebagainya, sesuai dengan kebutuhan khusus pelanggan. Ia juga dapat digunakan dalam kombinasi dengan material grafit, dan koefisien geseknya lebih kecil daripada keramik alumina dan paduan keras, sehingga dapat digunakan pada nilai PV tinggi, terutama dalam kondisi asam kuat dan basa kuat.
Gesekan yang lebih rendah pada SIC merupakan salah satu manfaat utama penggunaannya pada segel mekanis. Oleh karena itu, SIC dapat menahan keausan lebih baik daripada material lain, sehingga memperpanjang umur segel. Selain itu, gesekan SIC yang lebih rendah mengurangi kebutuhan pelumasan. Kurangnya pelumasan mengurangi kemungkinan kontaminasi dan korosi, sehingga meningkatkan efisiensi dan keandalan.
SIC juga memiliki ketahanan aus yang tinggi. Ini menunjukkan bahwa material ini dapat bertahan dalam penggunaan terus menerus tanpa mengalami kerusakan atau patah. Hal ini menjadikannya material yang sempurna untuk penggunaan yang membutuhkan tingkat keandalan dan daya tahan yang tinggi.
Bahan ini juga dapat diasah dan dipoles ulang sehingga segel dapat diperbarui beberapa kali selama masa pakainya. Umumnya digunakan secara mekanis, seperti pada segel mekanis karena ketahanan korosi kimianya yang baik, kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, ketahanan aus yang baik, koefisien gesekan yang kecil, dan ketahanan suhu tinggi.
Saat digunakan untuk permukaan segel mekanis, silikon karbida menghasilkan peningkatan kinerja, peningkatan masa pakai segel, biaya perawatan yang lebih rendah, dan biaya operasional yang lebih rendah untuk peralatan berputar seperti turbin, kompresor, dan pompa sentrifugal. Silikon karbida dapat memiliki sifat yang berbeda tergantung pada cara pembuatannya. Silikon karbida terikat reaksi dibentuk dengan mengikat partikel silikon karbida satu sama lain dalam proses reaksi.
Proses ini tidak secara signifikan memengaruhi sebagian besar sifat fisik dan termal material, namun membatasi ketahanan kimia material tersebut. Bahan kimia yang paling umum menjadi masalah adalah kaustik (dan bahan kimia pH tinggi lainnya) dan asam kuat, oleh karena itu silikon karbida yang diikat dengan reaksi tidak boleh digunakan untuk aplikasi ini.
Infiltrasi hasil sinterisasi reaksiSilikon karbida. Pada material ini, pori-pori material SiC asli terisi dalam proses infiltrasi dengan pembakaran silikon logam, sehingga SiC sekunder muncul dan material tersebut memperoleh sifat mekanik yang luar biasa, menjadi tahan aus. Karena penyusutannya yang minimal, material ini dapat digunakan dalam produksi komponen besar dan kompleks dengan toleransi yang ketat. Namun, kandungan silikon membatasi suhu operasi maksimum hingga 1.350 °C, ketahanan kimia juga terbatas hingga sekitar pH 10. Material ini tidak disarankan untuk digunakan dalam lingkungan alkali yang agresif.
DisinterSilikon karbida diperoleh dengan cara mensinter butiran SIC yang sangat halus dan telah dikompresi sebelumnya pada suhu 2000 °C untuk membentuk ikatan yang kuat antar butiran material tersebut.
Pertama, struktur kristal menebal, kemudian porositas berkurang, dan akhirnya ikatan antar butiran mengalami sinterisasi. Dalam proses pengolahan tersebut, terjadi penyusutan produk yang signifikan – sekitar 20%.
cincin segel SSIC Tahan terhadap semua bahan kimia. Karena tidak terdapat silikon logam dalam strukturnya, material ini dapat digunakan pada suhu hingga 1600°C tanpa memengaruhi kekuatannya.
| properti | R-SiC | S-SiC |
| Porositas (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Kepadatan (g/cm3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Kekerasan | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Modulus Elastisitas (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Kandungan SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Kandungan Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Kekuatan Lentur (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Kekuatan Tekan (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Koefisien ekspansi termal (1/℃) | 4,5×10⁻⁶ | 4,3×10⁻⁶ |
| Ketahanan panas (di atmosfer) (℃) | 1300 | tahun 1600 |
Segel mekanis TC
Material TC memiliki karakteristik kekerasan, kekuatan, ketahanan abrasi, dan ketahanan korosi yang tinggi. Material ini dikenal sebagai "Gigi Industri". Karena kinerjanya yang unggul, material ini telah banyak digunakan dalam industri militer, kedirgantaraan, pengolahan mekanik, metalurgi, pengeboran minyak, komunikasi elektronik, arsitektur, dan bidang lainnya. Misalnya, pada pompa, kompresor, dan pengaduk, cincin karbida tungsten digunakan sebagai segel mekanis. Ketahanan abrasi yang baik dan kekerasan yang tinggi membuatnya cocok untuk pembuatan komponen tahan aus dengan suhu tinggi, gesekan, dan korosi.
Berdasarkan komposisi kimia dan karakteristik penggunaannya, TC dapat dibagi menjadi empat kategori: tungsten kobalt (YG), tungsten-titanium (YT), tungsten titanium tantalum (YW), dan titanium karbida (YN).
Paduan keras tungsten kobalt (YG) tersusun dari WC dan Co. Paduan ini cocok untuk memproses material rapuh seperti besi cor, logam nonferrous, dan material nonlogam.
Stellite (YT) tersusun dari WC, TiC, dan Co. Karena penambahan TiC pada paduan, ketahanan ausnya meningkat, tetapi kekuatan lentur, kinerja penggerindaan, dan konduktivitas termalnya menurun. Karena sifatnya yang rapuh pada suhu rendah, material ini hanya cocok untuk pemotongan kecepatan tinggi pada material umum dan tidak untuk pemrosesan material yang rapuh.
Tungsten titanium tantalum (niobium) kobalt (YW) ditambahkan ke dalam paduan untuk meningkatkan kekerasan suhu tinggi, kekuatan, dan ketahanan abrasi melalui jumlah karbida tantalum atau karbida niobium yang sesuai. Pada saat yang sama, ketangguhan juga ditingkatkan dengan kinerja pemotongan komprehensif yang lebih baik. Paduan ini terutama digunakan untuk memotong material keras dan pemotongan intermiten.
Paduan dasar titanium berkarbonisasi (YN) adalah paduan keras dengan fase keras TiC, nikel, dan molibdenum. Keunggulannya adalah kekerasan tinggi, kemampuan anti-ikatan, anti-aus berbentuk bulan sabit, dan kemampuan anti-oksidasi. Pada suhu lebih dari 1000 derajat, paduan ini masih dapat dikerjakan. Paduan ini cocok untuk penyelesaian akhir baja paduan dan baja yang dikeraskan secara kontinu.
| model | kandungan nikel (berat%) | Kepadatan (g/cm²) | kekerasan (HRA) | kekuatan lentur (≥N/mm²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14,5-14,9 | 88,5-91,0 | tahun 1800 |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14.4-14.8 | 87,5-90,0 | Tahun 2000 |
| model | Kandungan kobalt (berat%) | Kepadatan (g/cm²) | kekerasan (HRA) | kekuatan lentur (≥N/mm²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14.6-15.0 | 89,5-91,0 | tahun 1800 |
| YG8 | 7.8-8.2 | 14,5-14,9 | 88,0-90,5 | Tahun 1980 |
| YG12 | 11.7-12.2 | 13,9-14,5 | 87,5-89,5 | 2400 |
| YG15 | 14.6-15.2 | 13.9-14.2 | 87,5-89,0 | 2480 |
| YG20 | 19.6-20.2 | 13.4-13.7 | 85,5-88,0 | 2650 |
| YG25 | 24,5-25,2 | 12.9-13.2 | 84,5-87,5 | 2850 |