用于飞机密封应用的高性能机械碳材料
金属化碳公司，奥西宁，纽约
现代机械碳材料被广泛用于各种应用，包括飞机齿轮箱、空气涡轮发动机起动器以及飞机涡轮发动机和飞机辅助动力装置 (APU) 的主轴密封件。这些自润滑材料由细粒人工石墨物质组成，这些物质浸渍有专有的无机化学品，以提高其润滑质量和抗氧化性。这些现代碳基材料具有低摩擦系数、高滑动速度下的低磨损率、高导热性以及在高温空气中的抗氧化性，是飞机应用的理想选择。
图 1. 机械密封环用于密封泵和搅拌机等设备中的旋转轴和固定壳体之间的间隙，使液体不会通过该间隙泄漏。这些密封机构通常称为“轴密封件”或“泵密封件”。飞机变速箱用于将主机轴的转速从高达 26,000 转/分钟降低至约 3,400 转/分钟，以便该轴可以驱动液压泵、发电机和空调压缩机等系统组件。为了将润滑油密封在齿轮箱内并防止其在轴进出齿轮箱的位置处泄漏，大多数飞机齿轮箱都使用面密封。端面密封件通常包含碳石墨固定环和碳化硅或碳化钨旋转环。构成动态面密封的环均被平坦研磨并用弹簧或磁铁固定在一起，这样液体就无法在环面之间流动，即使它们以高转速相互旋转（图 1）。
形成动态密封的相对运动的两个环通过静态密封环（例如聚合物 O 形环）密封到轴或齿轮箱壳体上。密封设计者使用螺旋槽、直槽和楔块在两个滑动密封面之间引导或泵送空气或油薄膜。这会产生空气动力或流体动力升力，从而大大减少密封面的摩擦和磨损。
空气涡轮电机起动器通常使用与变速箱密封件中使用的相同的碳石墨与碳化硅或碳化钨动态端面密封材料，但滑动速度要高得多。这些空气涡轮电机启动器实际上是小型涡轮机，它们利用辅助动力装置排出的废气来产生启动主发动机所需的动力。
气动马达启动器的轴转速可高达 180,000 rpm，或滑动速度约为 1000 ft/s，接近音速。这些密封件由飞机密封件制造商设计，带有楔子和气流通道，可产生空气动力或流体动力升力。
图2.带有碳石墨主环的端面密封环和碳石墨周向密封环用于飞机发动机主轴密封件，以控制发动机内部的气流和燃烧气体流量。飞机发动机主轴密封件采用端面密封环、碳石墨主环和碳石墨周向密封环来控制发动机内部的气流和燃烧气体流量（图2）。它们还将润滑油密封在主机轴承中，使压缩机轴和燃气轮机轴能够自由旋转。密封圈采用周向密封圈和端面密封圈两种。
对于圆周主轴密封环，使用与固定外壳槽中的封闭端间隙配合的碳石墨段。使用“吊袜带”弹簧将碳石墨段张紧在旋转轴上的陶瓷或硬质金属涂层上。提升楔块和机加工配置用于产生升力，以便这些密封件在空气动力或流体动力薄膜上运行。转速可高达 26,000 rpm，密封圈温度可高达 800 °F。
辅助动力装置 (APU) 是小型燃气涡轮发动机，当主发动机在门口关闭以节省燃料时，用于产生电力、空调或机舱热量。 APU 包含碳石墨密封件，与主机密封件类似，但比主机密封件小。
无油、自润滑机械碳材料具有独特的特性组合，使其成为商用和军用飞机密封应用的理想选择。该材料具有自润滑、自抛光和尺寸稳定的特点，可确保良好的密封配合。这些材料耐热且具有高导热性，有助于将摩擦热从滑动表面传导走。此外，这些材料易于加工，符合严格的航空航天尺寸公差，并且可以按照一个氦光带的平整度规格进行研磨和抛光。
本文由 Metallized Carbon Corporation 的 Glenn H. Phelps 撰写。欲了解更多信息，请点击此处
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