- ▸"카본"은 1000-1400℃에서 흑연화 없이 구워진 재료로, 경도와 내마모성이 높지만 윤활성이 낮음
- ▸"흑연"은 2400-3000℃에서 흑연화된 재료로, 우수한 자기 윤활성과 낮은 마찰 계수를 가짐
- ▸"카본 그라파이트"는 부분적으로 흑연화된 중간 재료로 경도와 윤활성의 균형을 이루며 씰에 주로 사용됨
- ▸성능: 카본 경도 HS 70-100, 마찰계수 0.15-0.30; 흑연 경도 HS 40-70, 마찰계수 0.04-0.15
- ▸선택 원칙: 고하중/내마모 → 카본 또는 경질 카본; 건식 마찰/무유 → 흑연 또는 카본 그라파이트; 부식성 매체 → 함침된 카본 그라파이트
1. 용어: 혼란의 원인
산업 현장에서 "카본 그라파이트", "흑연", "경질 카본", "전기 흑연" 등의 용어가 혼용되어 구매 및 엔지니어의 선택에 혼란을 초래합니다. 이는 모두 열처리 온도와 결정 전환 정도가 다른 탄소 기반 엔지니어링 재료이기 때문입니다:
- 카본: 1000-1400℃에서 구워지며, 탄소 원자가 주로 비정질 상태이고 완전한 흑연 결정이 없음
- 흑연: 2400-3000℃에서 흑연화되어 탄소 원자가 규칙적인 층상 흑연 결정으로 재배열됨
- 카본 그라파이트: 부분적으로 흑연화되어 카본과 흑연 사이의 결정 전환 상태
- 전기 흑연: 전기로에서 완전 흑연화되어 가장 높은 결정 전환도를 가짐
영어 용어도 동일한 계층 구조를 따릅니다: Hard Carbon → Carbon Graphite → Electrographite, 흑연화 정도가 증가하는 순서입니다.
2. 본질적인 결정 구조 차이
근본적인 차이는 X선 회절에서 (002) 피크의 선명도, 즉 흑연화 정도에 있습니다:
| 재료 | 구움 온도 | 흑연화 정도 | d₀₀₂ 간격 | 결정 특징 |
|------|-----------|-------------|------------|-----------|
| 카본 (경질) | 1000-1400℃ | <30% | 3.44-3.70 Å | 대부분 비정질 |
| 카본 그라파이트 | 2000-2400℃ | 30%-80% | 3.36-3.44 Å | 부분적으로 규칙적 |
| 전기 흑연 | 2400-3000℃ | >80% | 3.35-3.36 Å | 매우 규칙적 |
흑연화가 높을수록 층상 구조가 완전해지고 층간 반데르발스 힘이 약해져 자기 윤활성이 좋아지지만 경도는 떨어지고 내마모성도 감소합니다. 이것이 재료 선택의 핵심 트레이드오프입니다.
3. 성능 비교
3.1 기계적 특성
- 카본 (경질): 쇼어 경도 HS 70-100, 압축강도 200-400 MPa, 우수한 내마모성이나 취성 높음
- 카본 그라파이트: 쇼어 경도 HS 40-90, 압축강도 150-340 MPa, 경도와 인성의 균형
- 전기 흑연: 쇼어 경도 HS 30-60, 압축강도 100-200 MPa, 최고의 인성이나 가장 낮은 경도
3.2 마찰 특성
- 카본: 건식 마찰계수 0.15-0.30, 자기 윤활성 낮아 부드러운 상대면 또는 외부 윤활 필요
- 카본 그라파이트: 건식 마찰계수 0.04-0.15, 우수한 자기 윤활성, 주류 씰 재료
- 전기 흑연: 건식 마찰계수 0.04-0.10, 최고의 자기 윤활성이나 카본 그라파이트보다 내마모성 낮음
3.3 열적 및 화학적 특성
세 재료 모두 열전도율이 70-150 W/(m·K)로 공학용 플라스틱보다 훨씬 우수합니다. 비산화성 매체에서 내열 온도는 600℃ 이상입니다. 화학적으로 카본과 카본 그라파이트는 대부분의 산, 알칼리, 염에 내성이 있으나 다공성이 높아 함침이 필요하며, 전기 흑연은 다공성이 낮지만 씰링을 위해 함침이 요구됩니다.
4. 씰 선택 권장 사항
4.1 고하중, 심한 마모 조건
광산 크러셔 베어링 및 중장비 부싱의 경우, 높은 경도와 내마모성을 위해 카본 또는 경질 카본을 선택하십시오. 카본은 더 취성이 있으므로 충격 하중을 견디지 못한다는 점에 유의해야 합니다.
4.2 건식 마찰, 무유 조건
식품 기계, 진공 장비 및 잠수 펌프에는 낮은 마찰과 자기 윤활성으로 매체 오염을 방지하기 위해 그라파이트 또는 카본 그라파이트를 선택하십시오. PTFE 또는 페놀 수지 함침이 일반적으로 사용됩니다.
4.3 고온 오일 펌프
400℃ 이상의 내열성과 하중 용량을 위해 안티몬 함침 카본 그라파이트를 선택하며, 일반적으로 M106K 등급이 사용됩니다.
4.4 강한 부식성 화학 서비스
강산 및 강알칼리 저항을 위해 퓨란 수지 함침 카본 그라파이트를 선택하십시오. 불산 서비스에는 PTFE 함침이 필요합니다.
4.5 고속 경하중 씰링 (메커니컬 씰 링)
카본 그라파이트는 연질 면으로 주류를 이루며, 경질 면으로는 실리콘 카바이드 또는 경질 합금이 조합됩니다. 이는 경도와 자기 윤활성의 균형을 이루어 안정적인 유막 형성과 내마모성을 제공합니다.
5. 구매 권장 사항
재료 선택 오류를 방지하기 위해 공급업체와 다음 사항을 확인하십시오:
1.재료 유형: 카본/카본 그라파이트/전기 흑연 (흑연화 정도)
2.함침 유형: 수지/금속/무함침
3.성능 지표: 경도, 압축 강도, 다공성, 마찰 계수
4.사용 조건: 온도, 압력, 매체, 속도
5.산업 표준 준수 여부 (예: API 682); 제조사 데이터시트에 따른 접미사-함침 매핑
Huahao Sealing Co., Ltd.는 M106K, M120K, M140K, M106D 등급의 카본 그라파이트 씰 링, 부싱 및 분할 링을 공급하며, 도면 또는 샘플에 따른 맞춤 CNC 가공과 재료 시험 성적서를 제공합니다.