Gleitring

Werkstoffe für Gleit- und Gegenringe

Keramische Materialien

Keramische Materialien haben als harter Partner in Gleitringdichtungen die metallischen Werkstoffe wie Chromguss, Chrom-Molybdänguß und Chrom-Nickel-Molybdänstahl aufgrund ihrer besseren tribologischen Eigenschaften weitestgehend abgelöst. Neben Aluminiumoxid und Wolframcarbid hat hier vor allem das Siliziumcarbid aufgrund seiner ausgezeichneten Eigenschaften größte Bedeutung erlangt. Es ist leicht (3 g/cm³), extrem hart (1500–3000 HV) und somit sehr verschleißfest, sehr gut wärmeleitfähig und verfügt über ein etwa doppelt so großes Elastizitätsmodul wie Chromstahl. Aufgrund seiner Bedeutung wurden inzwischen eine Reihe weiterer Spezialkeramiken auf Basis des Siliziumcarbids entwickelt. Nachfolgend die wichtigsten:

SSiC:Direktgesintertes SSiC wird aus einer Mischung aus α- oder β-SiC-Pulver bei 1900 bis 2200 °C in Gegenwart von Spuren von Aluminium, Beryllium oder Bor als Sinterhilfsmittel hergestellt. Direktgesintertes SiC ist sehr feinkörnig und extrem korrosionsbeständig.

SiSiC:Reaktionsgesintertes Siliziumcarbid SiSiC entsteht durch Verpressen einer Mischung aus α-SiC-Pulver, Graphit und organischen Bindern, die bei 1.000 °C verkoken. Anschließend wird in die Rohlinge flüssiges oder gasförmiges Silizium infiltriert, das durch Erhitzen auf 1500–2200 °C teilweise mit dem Graphit sekundäres SiC bildet. Überschüssiges SiC verbleibt in den Poren mit einem volumetrischen Anteil von ca. 10–15 %. Reaktionsgesintertes Siliziumcarbid besitzt hervorragende tribologische Eigenschaften. Solche Keramiken behalten die hohe Härte, Wärmeleitfähigkeit, chemische Beständigkeit und Korrosionsfestigkeit des Siliziumcarbids, während das in den Poren eingebettete Silizium die Oxidationsbeständigkeit verbessert.

SiC30: Der Werkstoff SiC30 nimmt in dem Bereich der Siliziumcarbidwerkstoffe eine Sonderstellung ein, da er die Eigenschaften von Silizium und Graphit vereint. SiC30 wird über die Imprägnierung eines hochporösen Elektrographits mit schmelzflüssigem Silizium hergestellt. Mit dem Eindringen des Siliziums in die Poren entsteht bei den herrschenden Temperaturen durch chemische Reaktion zwischen Kohlenstoff und Silizium das Siliziumcarbid. Der Prozess schreitet so lange fort, bis die Poren vollständig gefüllt sind und nur noch eine geringe Restmenge freien Siliziums (ca. 3 %) verbleibt.

Eigenschaften: SiC30 ist gegenüber wässrigen Salzlösungen, organischen Reagenzien, starken Säuren wie HF, HCl oder HNO₃ sowie heißen Inertgasen vollständig resistent. Bedingt einsatzfähig ist das Material in Luft und oxidierenden Gasen, Metallschmelzen oder stark alkalischen Medien.

Hauptanwendungsgebiete finden Gleitringe aus SiC30 als Problemlöser gerade in schlechtschmierenden Medien. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen überzeugt SiC30 besonders in Hart-hart-Paarungen durch seine Notlaufeigenschaften bzw. Trockenlauffähigkeit. Die Kombination der Eigenschaften von Graphit (gute Trockenlaufeigenschaften und hohe Temperaturwechselbeständigkeit) verbunden mit der Härte, Festigkeit und Abriebfestigkeit von Siliziumcarbid erlauben die Auslegung spezieller Gleitringdichtungen, die mit anderen Materialien nicht möglich sind.

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