石墨是旋轉接頭摩擦副中應用最廣的材料,特別是通冷卻水旋轉接頭和導熱油旋轉接頭中使用最為廣泛。石墨材料由各種碳素原料(焦炭、炭黑、煤、石墨)的粉末制成,與其他非金屬材料相比較石墨具有優良的耐腐蝕性能,它除了耐強氧化性介質(如王水、硝酸、濃度60%以上的鉻酸、重鉻酸鉀、高錳酸鉀等及10%氟、100%溴、氨水等)外,還能耐任何濃度的酸、堿、鹽類溶液以及一切有機化合物的腐蝕。
石墨材料具有特別好的自潤滑性能,摩擦系數相當小。當石墨與金屬對磨時,其摩擦系數為0.04~0.05,可見磨損率不大。石墨具有很高的導熱系數<80~180Ca1/(m.h.%)>及導電率,在3000℃一下具有還原性,在中性介質中其穩定性很高,而線膨脹系數很低。
石墨具有良好的可加工性,能進行各種機械加工。石墨在空氣中超過400℃才開始氧化。在還原條件下可以使用到-200~+1000℃以上。
石墨具有特殊的層狀晶體結構,因而各層碳原子之間的結合力明顯小于同一層內原結合力。石墨晶體中結合力的不同,使晶體層平行和垂直方向性能產生了差異。例如沿石墨層方向的硬度接近金剛石,而垂直方向的硬度值十分微小。在平行和垂直方向上,石墨晶體的導熱率及導電率相差數倍,熱膨脹系數相差2~3倍。由于石墨晶體這種結構,致使石墨材料脆性大而韌性小。然而由于石墨材料具有足夠的抗壓強度(500~40000kgf/cm2),因此它同利用普通結構的材料一樣,可以用它制造精度高、結構較復雜的零件。
根據石墨耐磨材料的制造工藝特征,石墨耐磨材料可以分為如下五類:
(1)焙燒的硬質石墨材料;
(2)石墨化耐磨材料;
(3)侵漬數值的焙燒及石墨化耐磨材料;
(4)侵漬金屬的焙燒及石漠化耐磨材料;
(5)以聚合樹脂為粘結劑的石墨材料。
石墨耐磨材料常常采用加有少量天然石墨的石油焦炭制造,有時也采用不同配比的瀝青焦炭、炭黑和無煙煤。碳素原料須磨碎至40~60,以使制成的石墨材料密實。往往先將不同粒度的粉末配置成糊料。
第一類碳素耐磨材料的制造過程如下:原料粉末與粘結劑(各種配比的煤瀝青、煤焦油和油)混合后,在壓模內以600~2500kgf/cm2的壓力成型。壓制的毛坯置于溫度為1000℃~1500℃的還原性氣爐(煤氣爐)中焙燒。在焙燒過程中作為基體的固體顆粒狀原料不發生結構變化,只是粘結劑發生焦化作用。焦化過程中,各單個粉末顆粒被焦碳膜牢固的粘結成一體,使制得的材料具有高硬度和強度。
當焙燒的硬質碳素材料在2200~2900℃的電爐內再次進行處理時(石墨化),即制得第二類石墨材料,也就是石墨耐磨材料。在石墨化過程中,原始碳素材料發生再結晶,形成石墨的結構。石墨晶體的完善程度決定于熱處理的溫度及其所延續的時間,并與原料的性能有關。