Графит ПГИ

Графит ПГИ (пирографит изотропный) — конструкционный углеродный материал, получаемый методом химического газофазного осаждения (CVD) продуктов пиролиза углеводородов. От анизотропного пирографита марки ПГВ отличается равномерностью физико-механических свойств во всех направлениях, что определяет его пригодность для деталей, работающих в условиях всесторонних нагрузок. Материал устойчив к воздействию высоких температур и агрессивных сред, не имеет открытой пористости.

Физико-механические свойства пирографита ПГИ

Изотропный пирографит ПГИ характеризуется совокупностью свойств, которые определяют его применение в высоконагруженных узлах. Ключевые параметры материала приведены в таблице.

В отличие от анизотропного пирографита ПГВ, у которого свойства резко различаются в направлениях вдоль и поперёк слоёв осаждения, ПГИ демонстрирует практически одинаковые характеристики по всем осям. Это следствие условий синтеза: изотропный пирографит образуется при осаждении из газовой смеси, температура которой выше температуры подложки.

Состояние поверхности и требования к качеству

Изделия из графита ПГИ должны соответствовать следующим требованиям к качеству:

Отсутствие включений анизотропного пирографита — принципиальное требование, поскольку такие включения создают зоны с резко отличающимися механическими свойствами и могут стать концентраторами напряжений при циклическом нагружении.

Области применения изотропного пирографита

Сочетание термостойкости, химической инертности, газонепроницаемости и равномерности свойств во всех направлениях определяет применение ПГИ в ответственных конструкциях.

Уплотнительные и антифрикционные узлы в авиадвигателях

Основная область применения пирографита ПГИ — уплотнения масляных полостей газотурбинных авиационных двигателей. Материал работает при температурах до 500 °С в контакте с агрессивными средами (горячие масла, продукты сгорания топлива). Изотропность свойств критически важна в уплотнительных узлах, где деталь испытывает нагрузки одновременно в нескольких направлениях: радиальное давление, осевые усилия и касательные напряжения от трения.

Низкий коэффициент трения графита ПГИ в паре с металлическими контртелами обеспечивает минимальный износ уплотнений и стабильную герметизацию на протяжении межремонтного ресурса двигателя.

Медицинские имплантаты

Изотропный пиролитический углерод, родственный по технологии получения графиту ПГИ, применяется в кардиохирургии для изготовления элементов механических протезов клапанов сердца. Материал обладает высокой тромборезистентностью и биосовместимостью: створки и корпуса клапанных протезов из монолитного изотропного пиролитического углерода работают в организме человека десятилетиями.

Научные и технологические применения

Пирографит ПГИ находит применение в следующих областях:

Технология получения пирографита ПГИ

Пирографит получают методом химического осаждения из газовой фазы (CVD — Chemical Vapor Deposition). Процесс заключается в термическом разложении (пиролизе) газообразных углеводородов и осаждении образующегося углерода на нагретую подложку.

Условия осаждения изотропного пирографита

Температурный интервал пиролиза составляет 750–2400 °С. Принципиальное отличие условий получения изотропного ПГИ от анизотропного ПГВ заключается в соотношении температур газовой смеси и поверхности осаждения:

При осаждении в условиях, когда температура газовой смеси превышает температуру подложки, рост кристаллитов происходит хаотично — без преимущественной ориентации базисных плоскостей. Это и обеспечивает равномерность свойств изотропного пирографита.

Формирование слоистой структуры

Осаждённый пиролитический графит формирует плотную слоистую структуру без открытой пористости. При температурах осаждения выше 2000 °С образуются слои с минимальным количеством дефектов кристаллической решётки. Такие слои сохраняют целостность при последующем охлаждении и не растрескиваются.

Газонепроницаемость пирографита обеспечивается даже при малой толщине покрытия. Тонкие плёнки пирографита используются в качестве газовых барьеров при высоких температурах, что востребовано в вакуумной технике и производстве полупроводников.

Легирование пироуглерода

Для расширения эксплуатационных возможностей пироуглерод может быть легирован различными элементами: кремнием (силицирование повышает стойкость к окислению), бором (улучшает механические характеристики и термостойкость). Легирование осуществляется введением соответствующих соединений в газовую фазу в процессе осаждения.

Формы поставки изделий из графита ПГИ

Продукция из изотропного пирографита поставляется в виде готовых изделий различной конфигурации:

Изделия из ПГИ пригодны для эксплуатации в районах с умеренным, холодным и тропическим климатом.

Сравнение ПГИ с другими видами графита

Для обоснованного выбора материала полезно понимать положение ПГИ среди прочих графитовых материалов.

Главное преимущество ПГИ перед анизотропным пирографитом ПГВ — предсказуемость поведения в условиях сложного нагружения. В уплотнительных узлах деталь одновременно испытывает давление, трение и термические напряжения в разных направлениях. Анизотропный материал в таких условиях склонен к расслоению по слабым межслоевым связям, тогда как изотропный ПГИ работает стабильно.

Требования безопасности при работе с пирографитом ПГИ

Изотропный пирографит ПГИ негорюч, невзрывоопасен, нетоксичен, при нагревании не разлагается. По степени воздействия на организм человека относится к 4 классу опасности (малоопасные вещества) в соответствии с ГОСТ 12.1.007. Специальных средств защиты при работе с готовыми изделиями не требуется, однако при механической обработке необходимо использовать средства защиты органов дыхания от углеродной пыли.

Упаковка и транспортировка изделий из ПГИ

Каждое изделие из пирографита ПГИ упаковывается в индивидуальный плёночный пакет, после чего все пакеты помещают в общий. Общая упаковка — деревянные или посылочные ящики. Транспортировка допускается любым видом транспорта при соблюдении правил перевозки грузов, действующих на данном виде транспорта.

Условия хранения изотропного пирографита

Изделия из ПГИ хранят в таре в закрытых складских помещениях при температуре от −50 до +50 °С. Хранение осуществляется в соответствии с правилами для негорючих и невзрывоопасных продуктов.

Особенности выбора и заказа графита ПГИ

При формировании заказа на изделия из изотропного пирографита ПГИ рекомендуется указывать: конкретную конфигурацию изделия (кольцо, втулка, шайба, пластина или иная форма), габаритные и посадочные размеры с допусками, условия эксплуатации (температура, среда, тип нагружения). Каждая партия сопровождается документом о качестве. Для получения технической консультации и коммерческого предложения направьте запрос по электронной почте.