Selos mecânicos cerâmicos SiC

As vedações a gás secas são um novo tipo de vedação sem contato desenvolvida através de melhorias fundamentais nas vedações mecânicas, baseadas em rolamentos de pressão dinâmica de gás. Os selos a gás secos oferecem altas velocidades limite, excelente desempenho de vedação, longa vida útil, eliminam a necessidade de um sistema de óleo de vedação, consomem menos energia, são fáceis de operar e têm baixos custos operacionais e de manutenção, tornando-os amplamente utilizados na indústria petrolífera. Devido à alta velocidade superficial das faces de vedação, os efeitos combinados da força centrífuga e da pressão do meio podem causar deformações mecânicas e térmicas significativas dos anéis rotativos e estacionários sob pressão e durante a operação.  Como a espessura do filme de gás entre os anéis rotativo e estacionário é de apenas alguns micrômetros, mesmo pequenas deformações podem afetar seriamente o efeito de vedação e a confiabilidade. Portanto, as vedações a gás secas exigem muito dos materiais de vedação do par de fricção.

Para garantir o funcionamento normal doanéis de vedaçãoem dispositivos de vedação mecânica, e considerando fatores como redução de atrito, resistência à corrosão e prevenção de gripagem, os anéis de vedação são frequentemente feitos de um par de anéis com durezas diferentes, normalmente um anel duro e um anel macio. O anel duro é geralmente o anel rotativo, portanto o material do anel duro deve possuir resistência e rigidez suficientes, boas propriedades de atrito, boa condutividade térmica e resistência ao calor e boa resistência à corrosão.

A alta dureza e baixo coeficiente de atrito decarboneto de silícioproporcionam excelente resistência ao desgaste, tornando-o particularmente adequado para diversas condições de atrito e desgaste de deslizamento. O carboneto de silício tem uma resistência muito alta a altas temperaturas; sua resistência à flexão a 1400°C é a mesma que à temperatura ambiente. Pode ser processado em anéis de vedação de diversos formatos, tamanhos e alto acabamento superficial, oferecendo boa estanqueidade e longa vida útil. Portanto, o carboneto de silício pode ser usado em vedações mecânicas sob condições de alta temperatura.

Carboneto de silíciotem boa estabilidade química e pode suportar vários meios ácidos e alcalinos altamente corrosivos, tornando-o adequado para selos mecânicos em meios corrosivos. O desgaste corrosivo é a principal forma de falha em materiais de pares de fricção. O carboneto de silício sinterizado prensado a quente forma uma película protetora de dióxido de silício em sua superfície em uma atmosfera oxidante, mantendo boa estabilidade química e forte resistência à corrosão mesmo a 900°C.

A cerâmica SiC é um material cerâmico especial de alto desempenho com alta resistência, alta dureza, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão química, resistência ao desgaste e resistência ao choque térmico. No entanto, quando as vedações cerâmicas de SiC passam por contato friccional, suas características de alta dureza causam adesão entre as duas superfícies de trabalho durante a inicialização e desligamento da vedação a gás seco. Isto aumenta o coeficiente de atrito e aumenta a temperatura da face final, levando a aquecimento localizado e choque térmico.  O par de fricção emperra e adere, exacerbando o desgaste da face final e reduzindo significativamente a vida útil da vedação, resultando em falha prematura. Portanto, a modificação da cerâmica SiC é necessária. A pesquisa mostra que nanopartículas, bigodes e fibras uniformemente distribuídas na matriz cerâmica de SiC podem inibir a propagação de trincas internas na cerâmica de SiC por meio de pontes de trincas, deflexão de trincas, fixação de trincas e tenacidade por arrancamento, melhorando assim suas propriedades mecânicas.

Atualmente, os principais métodos de sinterização para cerâmicas de SiC são a sinterização por reação e a sinterização sem pressão. A cerâmica SiC sinterizada por reação tem baixo desempenho geral e não pode atender aos requisitos de vedações a gás secas, enquanto o carboneto de silício sinterizado sem pressão exibe excelente dureza, porosidade aparente, resistência à flexão e resistência à compressão, tornando-o um material ideal para pares de fricção de vedações a gás secas. A sinterização sem pressão é ainda dividida em sinterização em fase sólida e sinterização em fase líquida. A sinterização em fase líquida utiliza óxidos multicomponentes de baixo eutético que formam uma fase líquida eutética em altas temperaturas como auxiliares de sinterização. Isto altera o mecanismo de transferência de massa do pó cerâmico de difusão para fluxo viscoso, o que, comparado à sinterização em fase sólida, pode reduzir significativamente a energia necessária para a densificação cerâmica, alinhando-se com iniciativas nacionais para conservação de energia e redução de emissões.

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