炭化ケイ素の熱伝導率は120–150 W/(m·K)、炭化タングステンは80–100 W/(m·K)です。本記事では、硬度、熱伝導率、耐食性、PV限界、コストを比較し、メカニカルシールの摺動面材料の選定指針を示します。
メカニカルシールの回転リングと固定リングの摺動面は、シールの寿命と信頼性を左右します。炭化ケイ素（SiC）と炭化タングステン（WC）は、カーボングラファイトとの組み合わせで広く使用される代表的な硬質摺動面材料です。SiCは熱伝導率と硬度が高く、耐食性にも優れています。WCは靭性と耐衝撃性に優れています。本比較では8項目を定量化し、それぞれに最適な組み合わせを解説します。
| 特性 | 炭化ケイ素（SiC） | 炭化タングステン（WC） |
|---|---|---|
| 熱伝導率 | 120–150 W/(m·K) | 80–100 W/(m·K) |
| 硬度（ビッカース） | 2500–2800 HV | 1500–1800 HV |
| 強酸・強アルカリへの耐性 | ✓（除 HF） | ◐ |
| 衝撃靭性 | ◐ | ✓ |
| PV限界（カーボングラファイトとの組み合わせ） | ×1.5–2.0 | ×1.0 |
| 密度 | 3.1 g/cm³ | 14.5 g/cm³ |
| ドライ運転能力 | ✓（短时） | ◐ |
| 相対コスト | ×1.3 | ×1.0 |
炭化ケイ素（SiC）が適する用途：高速、高温、強腐食性（HFを除く）、短時間のドライ運転、または放熱性が求められるシール。WCより熱伝導率が30–50%高く、硬度は60%+高く、PV限界は1.5–2×高くなります。炭化タングステン（WC）が適する用途：固体粒子の衝撃、機械的衝突のリスク、または高い靭性が求められるシール。WCはSiCより衝撃靭性に大きく優れ、欠けに強い材料です。どちらもカーボングラファイトとの組み合わせが一般的で、グラファイトの自己潤滑性を活かして摩擦と摩耗を低減します。
SiC is a covalent crystal with efficient phonon heat transfer, giving 120–150 W/(m·K). WC has mixed metallic/covalent bonding and a cobalt binder phase that scatters phonons, giving 80–100 W/(m·K). Higher conductivity lets SiC dissipate frictional heat faster, suiting high-speed seals.
SiC is more corrosion-resistant, withstanding virtually all acids and alkalis (except hydrofluoric acid). WC contains a cobalt binder that leaches out in strong acids, degrading the material, so its corrosion resistance is inferior to SiC.
WC cobalt binder gives a fracture toughness KIc of about 10–15 MPa·m½, 3–4× that of SiC (~3–4 MPa·m½). In particulate media or assembly impact, SiC chips easily while WC resists mechanical shock.
They are usually paired with carbon graphite. Carbon graphite serves as the self-lubricating soft face, while the hard face (SiC or WC) is the wear-resistant counterface. This soft-hard pairing balances low friction with long life — the classic mechanical seal friction pair.
