Grafit-SiC-Werkstoffverbunde für tribologische Anwendungen in Dichtungen und Lagern

Siliciumcarbid (SiC) ist ein Standardwerkstoff für Gleitlager und Gleitringdichtungen in Pumpen. In vielen Anwendungen ist jedoch das Einsatzverhalten von SiC-Werkstoffen in Hart/Hart-Paarungen nicht stabil. Das Ziel der Arbeiten war die Entwicklung von tribologisch zuverlässigen Werkstoffpaarungen durch Grafitisierung der SiC-Oberflächen und damit die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Grafit-SiC-Werkstoffverbunden für tribologische Anwendungen in Dichtungen und Lagern. Durch eine thermische Zersetzungsreaktion kann die Oberfläche einer SiC-Komponente vergleichsweise einfach in Kohlenstoff umgewandelt werden. Abhängig von den Prozessbedingungen können die Eigenschaften der Kohlenstoffschichten beeinflusst werden. Im Rahmen der Zusammenarbeit wurde die Werkstoffentwicklung von Kohlenstoffschichten auf SiC für Gleitanwendungen in Pumpen untersucht und bewertet. Im Labormaßstab wurde das tribologische Verhalten in wässrigen Medien und im Trockenlauf eingehend untersucht. Zusätzlich wurden verschiedene Prüfläufe auf Pumpenprüfständen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wurden die Reibmechanismen diskutiert und Hinweise für die Einsatzbereiche dieser Werkstoffe für Dichtungen und Gleitlager in Pumpen gegeben.

Silicon carbide materials are widely used for plain bearings and mechanical seals in pumps. However, in some applications, the friction conditions of SiC/SiC sliding pairs are not stable. The aim of the present work was to develop tribologically stable material combinations by forming a graphite layer on the SiC surfaces. A process was developed in which SiC surface is decomposed leaving behind a solid carbon coating. Depending on the process conditions the properties of the graphitic carbon coating can be varied. The tribological properties were examined with respect to the application of sliding components in pumps. On the laboratory scale, the tribological behaviour in water environment was analysed. In addition test facilities of seal and pump manufacturers were used to directly assess the properties of the ceramic component s in pumps. On the basis of the obtained results, the friction and wear mechanisms were discussed and indications for potential areas of application were obtained.