Уплотнения из карбида кремния К100

Карбид кремния марки К100 — это реакционно-связанный SiC (RBSiC, SiSiC), применяемый в торцовых механических уплотнениях насосов, компрессоров, мешалок и другого вращающегося оборудования. Материал получают пропиткой пористой SiC-заготовки расплавленным кремнием: Si заполняет поры и частично реагирует с углеродными включениями, образуя вторичный SiC. Результат — плотная беспористая структура с остаточным свободным кремнием 8–12 % по объёму. Именно это остаточное содержание Si определяет как практические преимущества марки, так и её ограничения по химстойкости.

Физико-механические свойства карбида кремния К100 (RBSiC)

Механические характеристики

Приведённые значения — типовой диапазон для реакционно-связанного SiC уплотнительного класса. Конкретные показатели зависят от содержания свободного кремния и режима силицирующего обжига: марки с Si < 11 % дают прочность на изгиб в верхней части диапазона.

Параметр	Значение
Плотность	3,10–3,15 г/см³
Твёрдость по Виккерсу	2000–2500 HV
Прочность на изгиб (MOR)	250–400 МПа
Прочность на сжатие	1500–2000 МПа
Модуль упругости	380–420 ГПа
Коэффициент Пуассона	0,16–0,19
Содержание свободного Si	8–12 %

Высокий модуль упругости (380–420 ГПа) означает, что кольцо практически не деформируется под давлением — это обеспечивает постоянный минимальный зазор в паре трения. Твёрдость 2000–2500 HV исключает абразивный износ при работе в суспензиях, шламах и пульпах с твёрдыми частицами.

Термические свойства

Параметр	Значение
Теплопроводность (25°C)	80–130 Вт/(м·К)
КТР (20–1000°C)	4,0–4,5 × 10⁻⁶ К⁻¹
Теплоёмкость (25°C)	~670 Дж/(кг·К)
Максимальная рабочая температура (инертная / восстановительная среда)	до 1350°C
Термостойкость к тепловому удару ΔT	300–450°C

Предел 1350°C обусловлен не деградацией самого SiC, а приближением к температуре плавления свободного кремния (~1414°C). Для большинства задач промышленных уплотнений это ограничение несущественно: рабочие температуры перекачиваемых сред редко превышают 200–300°C.

Сочетание малого КТР и высокой теплопроводности даёт хорошую стойкость к тепловому удару: температурные градиенты, возникающие при пуске или кратковременных скачках температуры, рассеиваются быстро. При проектировании посадки кольца в металлический корпус разница КТР между SiC и сталью (≈12 × 10⁻⁶ К⁻¹) должна компенсироваться либо эластичной прокладкой, либо конструктивным зазором.

Химическая стойкость RBSiC К100

Реакционно-связанный карбид кремния устойчив к большинству промышленных агрессивных сред: минеральным кислотам (HCl, H₂SO₄, HNO₃), органическим кислотам, углеводородам, растворителям, водным растворам солей. В нейтральных и слабокислых средах материал ведёт себя как химически инертный.

Ограничения — следствие присутствия свободного кремния:

• Плавиковая кислота (HF) и её смеси — разрушают свободный Si при любой концентрации и температуре; применение исключено.
• Горячие концентрированные щёлочи (NaOH, KOH) при температуре выше 80–100°C и концентрации выше 20–30 % — постепенно растворяют свободный Si. При комнатной температуре и умеренных концентрациях воздействие пренебрежимо мало.
• Сильнощелочные среды при pH > 10–11 и повышенных температурах — требуют предварительной оценки; в таких условиях предпочтителен SSiC.

Выбор материала уплотнения: RBSiC К100 или SSiC

В разделе уплотнений и деталей из самосвязанного карбида кремния представлены оба класса. Таблица помогает выбрать материал под конкретную задачу.

Параметр	RBSiC К100 (SiSiC)	SSiC (спечённый)
Плотность, г/см³	3,10–3,15	3,15–3,20
Твёрдость, HV	2000–2500	2400–2800
Прочность на изгиб, МПа	250–400	350–450
Прочность на сжатие, МПа	1500–2000	до 3900
Свободный Si	8–12 %	отсутствует
Химстойкость	Кислоты, нейтральные среды, умеренные щёлочи (pH до 10); чувствителен к HF и горячим щелочам	Широкий диапазон pH 1–14; чувствителен к HF
Макс. рабочая температура	до 1350°C (инертная среда)	до 1600°C
Точность заготовки	Выше (усадка при обжиге минимальна)	Ниже (усадка ~20 %)
Относительная стоимость	Ниже	Выше

RBSiC К100 — оптимальный выбор для насосов с абразивными суспензиями, кислотами и нейтральными средами при рабочих температурах до 150–200°C и pH до 10. Минимальная усадка при обжиге позволяет изготавливать кольца сложного профиля с жёсткими допусками без повторной чистовой обработки всего объёма заготовки.

SSiC предпочтителен при работе в сильнощелочных средах (pH > 10–11), концентрированных горячих щелочах, а также в фармацевтическом и пищевом производстве, где недопустимо присутствие даже следовых количеств свободного кремния в перекачиваемой среде.

Требования к обработке поверхности и геометрическим допускам

Работоспособность торцового уплотнения определяется прежде всего качеством доводки рабочих поверхностей кольца.

• Шероховатость рабочей поверхности: Ra ≤ 0,05 мкм (зеркальная полировка). При более грубой поверхности утечки и тепловыделение в зоне контакта резко возрастают. Полировка — только алмазными суспензиями.
• Плоскостность: отклонение не более 1–3 интерференционных полос (0,3–1,0 мкм). Контроль — монохроматическим интерферометром на оптическом плоскомере.
• Допуски на посадочные диаметры: как правило, ±2–5 мкм. Механическая обработка — исключительно алмазным инструментом; обычный абразив и твёрдосплавный инструмент неприменимы из-за высокой твёрдости материала.
• Коэффициент трения пары SiC/SiC при смазке жидкостью: 0,05–0,10. При сухом контакте (аварийная работа без смазки): 0,15–0,25.

Области применения уплотнений из карбида кремния К100

Торцовые кольца и уплотнительные детали из RBSiC К100 применяются в следующих отраслях:

• Химическая промышленность: уплотнения насосов и мешалок для перекачки минеральных кислот (HCl, H₂SO₄, HNO₃), органических кислот, растворителей, суспензий реагентов, умеренно концентрированных щелочных растворов.
• Нефтепереработка и нефтехимия: насосы для горячих углеводородов, нефтепродуктов, водонефтяных эмульсий; уплотнения в технологических колоннах.
• Горнодобывающая и металлургическая промышленность: насосы для рудных пульп, шламов, абразивных суспензий с твёрдыми частицами крупностью до 3–5 мм; гидроциклоны.
• Водоподготовка: насосы для технической воды с абразивными примесями, установки обратного осмоса.
• Энергетика: питательные и конденсатные насосы, уплотнения вспомогательного оборудования турбин.

В средах, агрессивных к свободному кремнию (концентрированные горячие щёлочи, HF), рассмотрите углеграфитовые уплотнения ЕК2200 или переход на SSiC.

Формы поставки

Уплотнения из карбида кремния К100 поставляются в виде готовых изделий по чертежу заказчика: торцевые кольца (статорные и роторные), втулки, кольца скольжения, пары трения. Возможна поставка заготовок под финишную доводку на предприятии заказчика. Минимальная партия — от единичных изделий.