Than chì và Carbon: Thuật ngữ vật liệu, So sánh hiệu suất và Hướng dẫn lựa chọn vòng đệm

1. Thuật Ngữ: Tại Sao Gây Nhầm Lẫn

Trong công nghiệp, các thuật ngữ như "than chì carbon," "graphite," "carbon cứng" và "electrographite" thường được dùng thay thế cho nhau, gây khó khăn trong lựa chọn cho bộ phận mua hàng và kỹ sư. Nguyên nhân gốc rễ là tất cả đều là vật liệu dựa trên carbon nhưng khác nhau về nhiệt độ xử lý nhiệt và mức độ chuyển đổi tinh thể:

• Carbon: nung ở 1000-1400°C, nguyên tử carbon chủ yếu vô định hình, không có tinh thể graphite hoàn chỉnh
• Graphite: graphit hóa ở 2400-3000°C, nguyên tử carbon sắp xếp lại thành tinh thể graphite lớp đều đặn
• Than chì carbon: graphit hóa một phần, mức độ chuyển đổi tinh thể giữa carbon và graphite
• Electrographite: graphit hóa hoàn toàn trong lò điện, mức độ chuyển đổi tinh thể cao nhất

Thuật ngữ tiếng Anh cũng theo thứ bậc này: Hard Carbon → Carbon Graphite → Electrographite, với mức độ graphit hóa tăng dần.

2. Sự Khác Biệt Cơ Bản Về Cấu Trúc Tinh Thể

Khác biệt cơ bản nằm ở độ sắc nét của đỉnh (002) trong nhiễu xạ tia X, tức là mức độ graphit hóa:

| Vật liệu | Nhiệt độ nung | Mức độ graphit hóa | Khoảng cách d₀₀₂ | Đặc điểm tinh thể |

|----------|---------------|--------------------|------------------|-------------------|

| Carbon (cứng) | 1000-1400°C | <30% | 3.44-3.70 Å | Chủ yếu vô định hình |

| Than chì carbon | 2000-2400°C | 30%-80% | 3.36-3.44 Å | Một phần đều đặn |

| Electrographite | 2400-3000°C | >80% | 3.35-3.36 Å | Rất đều đặn |

Mức độ graphit hóa cao hơn nghĩa là cấu trúc lớp hoàn chỉnh hơn, lực van der Waals giữa các lớp yếu hơn và khả năng tự bôi trơn tốt hơn; nhưng độ cứng giảm và khả năng chống mài mòn kém đi. Đây là sự đánh đổi cốt lõi trong lựa chọn vật liệu.

3. So Sánh Hiệu Suất

3.1 Tính Chất Cơ Học

• Carbon (cứng): độ cứng Shore HS 70-100, chịu nén 200-400 MPa, khả năng chống mài mòn xuất sắc nhưng giòn hơn
• Than chì carbon: độ cứng Shore HS 40-90, chịu nén 150-340 MPa, cân bằng giữa độ cứng và độ dai
• Electrographite: độ cứng Shore HS 30-60, chịu nén 100-200 MPa, độ dai tốt nhất nhưng độ cứng thấp nhất

3.2 Tính Chất Ma Sát

• Carbon: ma sát khô 0.15-0.30, khả năng tự bôi trơn kém, cần bề mặt đối ứng mềm hoặc bôi trơn ngoài
• Than chì carbon: ma sát khô 0.04-0.15, khả năng tự bôi trơn tốt, vật liệu vòng đệm chủ đạo
• Electrographite: ma sát khô 0.04-0.10, khả năng tự bôi trơn tốt nhất nhưng khả năng chống mài mòn thấp hơn than chì carbon

3.3 Tính Chất Nhiệt và Hóa Học

Cả ba đều có độ dẫn nhiệt cao (70-150 W/(m·K)), vượt trội so với nhựa kỹ thuật. Khả năng chịu nhiệt lên đến trên 600°C trong môi trường không oxy hóa. Về hóa học, carbon và than chì carbon chịu được hầu hết axit, kiềm và muối nhưng cần ngâm tẩm do độ xốp cao hơn; electrographite có độ xốp thấp hơn nhưng vẫn cần ngâm tẩm để đảm bảo kín.

4. Khuyến nghị lựa chọn vòng đệm

4.1 Điều kiện tải trọng cao, mài mòn nặng

Đối với bạc lót máy nghiền khai thác mỏ và máy móc nặng, nên chọn than chì hoặc than chì cứng để đạt độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt. Lưu ý rằng than chì giòn hơn và không nên chịu tải va đập.

4.2 Điều kiện ma sát khô, không có dầu

Đối với máy móc thực phẩm, thiết bị chân không và bơm chìm, nên chọn graphite hoặc than chì carbon để giảm ma sát và tự bôi trơn, tránh làm ô nhiễm môi chất. Ngâm tẩm PTFE hoặc phenolic thường được sử dụng.

4.3 Bơm dầu nhiệt độ cao

Chọn than chì carbon ngâm tẩm antimony để chịu nhiệt độ trên 400℃ và khả năng chịu tải, thường là cấp M106K.

4.4 Dịch vụ hóa chất ăn mòn cao

Chọn than chì carbon ngâm tẩm nhựa furan để chống axit/bazơ mạnh; ngâm tẩm PTFE cần thiết cho dịch vụ axit hydrofluoric.

4.5 Niêm phong tốc độ cao tải nhẹ (vòng đệm đệm kín cơ khí)

Than chì carbon là lựa chọn chủ đạo làm mặt mềm, kết hợp với silicon carbide hoặc hợp kim cứng làm mặt cứng. Nó cân bằng độ cứng và khả năng tự bôi trơn để duy trì màng chất lỏng ổn định và khả năng chống mài mòn.

5. Khuyến nghị mua hàng

Xác nhận các điểm sau với nhà cung cấp để tránh sai sót trong lựa chọn vật liệu:

1.Loại vật liệu: than chì/than chì carbon/điện graphite (mức độ graphit hóa)

2.Loại ngâm tẩm: nhựa/kim loại/chưa ngâm tẩm

3.Chỉ tiêu hiệu suất: độ cứng, cường độ nén, độ xốp, hệ số ma sát

4.Điều kiện làm việc: nhiệt độ, áp suất, môi chất, tốc độ

5.Tuân thủ tiêu chuẩn ngành (ví dụ API 682); bảng ký hiệu đuôi với loại ngâm tẩm theo tài liệu nhà sản xuất

Công ty Huahao Sealing cung cấp vòng đệm than chì carbon, bạc lót và vòng phân đoạn các cấp như M106K, M120K, M140K và M106D, với gia công tùy chỉnh theo bản vẽ hoặc mẫu và báo cáo kiểm tra vật liệu.