带你全面了解石墨轴承

1.石墨轴承的设计与制造

碳结构的多样性来源于碳与碳原子之间化学键的多样性，这也提供了碳材料的可设计性。石墨轴承由于其生产工艺和原材料的可设计性为设计制造提供了一定的空间，可以生产出不同性能、适用于各种技术条件和使用环境的石墨轴承。PV值是轴承设计中的一个重要参数PV=P*V，P-单位面积的载荷压力，MPa；v——轴的线速度，米/秒

当PV值超过各种材料的极限值时，会引起异常温升和磨损。设计中一般要留有余量，PV值应为极限值的50%-70%。在实际工作中，轴承的运转因环境不同可分为干运转和湿运转。在干运转的情况下，石墨轴承的最大容许载荷受到轴承强度和容许磨损率的限制。最大允许线速度受限于轴承摩擦表面产生的热量。磨损率受轴承材料、轴和轴承表面加工、负载、速度和周围介质的影响。在干运转条件下，轴承的允许PV值也直接受到轴承材料的影响，

石墨轴承设计类型有圆柱形、圆柱形代替法兰、圆形和特殊结构。但考虑到石墨轴承的强度，碳轴承的厚度必须大于金属轴承。厚度应为内径的1/5-1/7，最小不超过3mm。轴承长度大于内径的2倍。轴承运转时温度会升高，运转间隙可根据轴和轴承的热膨胀来确定，一般为轴径的0.3%左右。

石墨轴承碳的制造工艺和其他碳制品大致相同。基本工艺包括:原料选择、原料预处理、原料粉碎、筛分分级、粒状和粉状物料配比、粘结剂选择、混合、捏合、辊压、研磨压制、焙烧、石墨化处理、浸渍、机械加工等。对于人造石墨产品，一些石墨轴承碳仍然需要金属，以便增加机械强度和抗冲击性。  

2.石墨轴承简介

轴承是机械工业中常用的一种滑动部件。石墨轴承是在金属轴承的基础上发展起来的具有机械设备性能要求的碳轴承。碳轴承具有自润滑、耐高温、耐腐蚀、重量轻等不同于金属轴承的特性。随着科技的发展，人们开发出了陶瓷球轴承、碳化硅轴承等。，而石墨轴承也进一步扩大了。制备了镶嵌石墨轴承的青铜石墨含油轴承。由于石墨轴承在制造工艺和技术性能上有其独特的方面，并且在未来的发展中会有一定的扩展性，所以在此做进一步的分析和研究，以便进一步发展，在应用上获得更广阔的市场。


3.石墨轴承的润滑原理、分类及性能分析

从碳原子结构分析石墨材料的润滑性。材料本身具有润滑性能，这是由石墨的晶体结构决定的。石墨的润滑性能除了晶格的固有结构外，是由于水和空气良好的润滑作用。水和空气的存在使石墨的工作表面吸附了水和气体分子，增加了石墨的解理面之间相互滑动的距离，从而削弱了它们之间的结合力。轴承分为滚动轴承和滑动轴承，材料有金属、非金属和复合材料。
石墨轴承以石墨材料为主要基材，应用于运输机、干燥机、纺织机、潜水泵电机等的轴承。在食品、饮料、纺织和化学工业部门。如果在这些部位使用油脂和润滑剂，必然会造成污染。而石墨轴承具有很强的自润滑性和抗腐蚀性，可以长时间不使用润滑油运行。为了提高产品的机械强度，特别是提高冲击韧性，常对一些耐磨性好的易熔金属进行浸塑。浸锑石墨轴承的允许工作温度可达500C C，锑和铜在磨削时不易粘连，在重负荷、快速度下工作时，其耐磨性可提高2-3倍。石墨的强度随着温度的升高而增加，直到大约2600C，高温下的强度是室温下的三倍。

滑动轴承中有两种摩擦形式，即静摩擦和动摩擦。一般情况下，碳石墨轴承的静摩擦力比同等条件下的金属轴承小。普通碳石墨轴承的动摩擦系数在干工况下为0.08-0.3，湿工况下由于边界润滑为0.01-0.1。碳刷与换向器摩擦过程中，换向器表面会产生一层褐色、深紫色、浅蓝色的薄膜，在润滑过程中能起到保护作用。据分析，这部电影主要由两部分组成。一种是金属氧化膜和金属氢氧化物，与金属结合，称为氧化膜。二是碳膜，由极细的碳、运转时从碳块上剥落的石墨颗粒、碳块材料中含有的杂质、空气中的浮尘、吸附的水分和氧气组成。

石墨轴承嵌体的制造以金属材料为基础，其机械强度基本取决于所采用的金属材料的机械性能。石墨作为一种固体润滑材料，镶嵌在轴承摩擦面的金属基体上，作为轴承在工作状态下的润滑材料，但石墨也有含油作用。嵌入石墨的方法有两种，一种是熔融金属浇铸法，另一种是在金属基体上按照一定的排列加工出一些孔，然后将固体润滑剂嵌入其中。石墨轴承镶嵌体的抗压强度、抗弯强度和热膨胀系数一般取决于基底金属的材料。但inlay 石墨轴承的强度大大提高，可以在重载下运行。



4.讨论

综上所述，对碳/石墨轴承进行了简要的研究和分析，证实了碳石墨轴承的优良特性。根据不同条件下的特殊润滑要求，可以研制出不同性能、适用于各种条件的滑动石墨轴承。目前广泛应用于食品、纺织、印染、化工等行业，如输送机轴承、离心泵轴承、潜水泵轴承、齿轮轴承、汽车、航空、农业机械等。

此外，还可以对碳材料的改性做进一步的研究，开发一些新材料。如果采用碳合金法对碳材料的表面和体相进行化学改性，其结果必将影响所得材料的结构和性能，极有可能创造出一种制造润滑石墨轴承的新型功能材料。比如碳化硅轴承的研究，有很强的硬度，耐高温等特性，但是成本很高，没有得到推广。如果用传统的粉末冶金方法制造轴承，抗压强度和精度会进一步提高。

碳+有很强的生命力。在石墨轴承发展的同时，将研究插层石墨、石墨涂层轴承等新技术，拓展其研究和应用领域。石墨轴承在未来会得到更大、更广、更新的发展。