DE3843691C2

DE3843691C2 - Mechanische Dichtung mit einem mit Poren durchsetzten Material und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE3843691C2
Application number: DE3843691A
Authority: DE
Inventors: Yataro Nagai; Osamu Ishibashi; Kiyoshi Terasaki; Kei Tokumoto; Mitsuyoshi Matsushita
Original assignee: Tanken Seiko KK; Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Tanken Seiko KK; Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2008-12-24
Also published as: US4925490A; US4997192A; SE503343C2; JPH0788909B2; SE8804652L; DE3843691A1; JPH01283479A; SE8804652D0; DE3843691C3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Dichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 mit einem mit Poren durchsetzten Material und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

In einer mechanischen Dichtung hat eine Gleitfläche in Form eines Dichtungsrings, der zum Abdichten eines Fluids mit einem Gegenmaterial in Kontakt steht und auf diesem gleitet, normalerweise eine flache Form. Und diese Oberfläche ist eine sogenannte Spiegeloberfläche, in der es keine Poren und dergleichen gibt (zumindest nicht vom Entwurf her).

Diese Art mechanischer Dichtung weist verschiedenste Kombi nationen von Elementen auf. Die mechanische Dichtung zur Verwendung in einer Funktionsart mit hohem PV-Wert (P: Druck des abgedichteten Fluids, V: Umfangsgeschwindigkeit) wird meistens aus den Kombinationen Sinterkarbid/Kohlenstoff und Sinterkarbid/Sinterkarbid ausgewählt.

In einer Gefriermaschine und dergleichen ist jedoch zusätz lich zur Forderung nach einem hohen PV-Wert wegen der Wieder holung des Start- und Stoppbetriebs ein großer thermischer Schock festzustellen, und es treten Probleme dergestalt auf, daß in der Gleitfläche Wärmerisse erzeugt werden und daß bei dem Kohlenstoffmaterial als Blasen bekannte Buckel ge bildet werden.

Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um die Schmierfähigkeit der Gleitfläche zu erhöhen, um diese Art von Problemen zu beseitigen.

Einer dieser Vorschläge sieht einen Entwurf vor, bei dem die Form des Dichtungsrings modifiziert ist, um die Schmier fähigkeit zu erhöhen. So wird zum Beispiel eine Endflächen schmierdichtung (hydrostatische Dichtung) vorgesehen, bei der zwischen der Gleitfläche und der gegenüberliegenden Ober fläche eine Mehrzahl von Durchgangslöchern vorgesehen ist und bei der ein schmierendes Medium mittels einer Pumpe von den Löchern in der gegenüberliegenden Oberfläche der Gleit fläche zugeführt wird. Oder es gibt eine hydrodynamische Dich tung mit einem Kanal oder einer Aussparung, die sich von der Mediumsseite her zur Gleitfläche hin nahe deren Mitte erstreckt und die ein abgedichtetes Medium, das während des Betriebs die Rolle eines Schmiermittels spielt, aufgrund der Viskosität des Mediums mittels eines Keileffekts zum Gleitabschnitt hin führt, oder eine thermohydrodynamische Dichtung oder dergleichen. Diese können bei einem höheren PV-Wert verwendet werden als zuvor verwendete Dichtungen, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren.

Bei dieser Art von hydrostatischen Dichtungen, hydrodynami schen Dichtungen, thermohydrodynamischen Dichtungen und der gleichen muß zum Erhalten dieser Wirkung ein kompliziertes Verfahren auf einem Sinterkarbid ausgeführt werden, und an gesichts der Schwierigkeiten beim Verarbeiten des Sinterkar bids ist die Verarbeitungsdauer im Vergleich zur zuvor ver wendeten Dichtung unverhältnismäßig lang. Weiterhin stellt sich der Nachteil ein, daß im Falle einer komplizierten Form des Sinterkarbids eine Konzentration der Belastung erzeugt wird und es zum Bruch der Dichtung kommen kann. Dementspre chend kann diese Art von Dichtung zur Zeit nur in begrenzten Anwendungen verwendet werden. Es wird folglich ein neues Material gefordert, bei dem diese Art von Verfahren nicht erforderlich ist.

Für eine Gleitfläche, die dieser Art von Anforderungen ge recht werden muß, ist eine mechanische Dichtung mit hohen Schmiereigenschaften an der Gleitfläche vorgeschlagen worden, bei der, nachdem ein Läpp-Verfahren, ein Sandstrahlverfahren oder ein Ätzverfahren ausgeführt worden ist, ein Polierver fahren auf die Gleitfläche angewendet worden ist, so daß eine Mehrzahl äußerst kleiner Löcher gebildet wird. Da jedoch im Fall dieser Struktur die Löcher sehr klein und nur auf der Gleitfläche gebildet sind, verschwinden die Löcher, da die Gleitfläche einer Abnutzung unterliegt, so daß dieser Vorschlag den Nachteil hat, daß das verbesserte Schmierergeb nis nicht für eine lange Zeit aufrechterhalten werden kann.

Weiterhin ist eine mechanische Dichtung vorgeschlagen worden, bei der der Dichtungsring selbst aus einem porösen Material gebildet ist. In diesem Fall ist die Tragkraft des Dichtungs rings reduziert, so daß kein hoher PV-Wert erhalten werden kann, und es tritt außerdem ein anderes Problem insofern auf, als ein von den Löchern herrührendes Leck nicht ver nachlässigt werden kann, wenn die Größe und das Volumen der Löcher bemerkenswert groß sind.

Aus der CH 470 610 ist eine mechanische Gleitdichtung mit einem sich drehenden und einem sich nicht drehenden Dichtungsring bekannt, bei der einer der Ringe mit einer glasigen Masse, d. h. mit einem Glas- oder Glaskeramiküberzug, überzogen ist, die Poren aufweisen kann.

Aus der DE 35 34 149 C1 ist eine mecha nische Gleitdichtung mit einem sich nicht drehenden Dichtungsring und einem sich drehenden Dichtungsring bekannt, bei der einer der Dichtungsringe aus einem keramischen Sinterwerkstoff, der im we sentlichen Aluminiumtetanat und Metall oxide aufweist, wobei das Al₂TiO₅ eine innere Rißstruktur aufweist und die Porosität bestimmt, besteht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine mechanische Dichtung, deren Schmiereigenschaften verbessert sind und deren Trag kraft einen hohen PV-Wert ermöglicht, und ein Material, das einer Anwendung als Dichtungsring und dergleichen gerecht wird, und ein Verfahren zum Herstel len dieses Materials zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst von einer mechanischen Dichtung nach Anspruch 1, einem mit Poren durchsetzten Sinter karbid nach Anspruch 4 und einem Verfahren nach Anspruch 8.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 und 2 teilweise Schnittansichten einer Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen mechani schen Dichtung;

Fig. 3 Kennlinien, die die Beziehungen zwischen dem Porendurchmesser und dem Leckvolumen sowie dem Porendurchmesser und dem Abnut zungsgrad aufzeigen;

Fig. 4, 5 und 6 Fotografien (50fach vergrößert) der Mikro struktur der Sinterkarbide A2, A6 und A8 der vorliegenden Erfindung (siehe Ta belle 1);

Fig. 7 ein Diagramm, das die Ergebnisse der Rauh tiefemessung der Dichtungsoberfläche dar stellt;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Leckvolumen und der Betriebsdauer dar stellt;

Fig. 9 eine Zeichnung zur Erläuterung eines Tests der Dichtungskraft.

Gemäß Fig. 1 ist eine Dichtungsoberfläche S aus einem sich drehenden Dichtungsring 1 und einem sich nicht drehenden Dichtungsring 2 gebildet. Der sich drehende Dichtungsring 1 wird mittels einer an einem Widerlager 3 ange brachten Feder 4 angedrückt. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der sich drehende Dichtungsring 1 aus einem mit Poren durchsetzten Material. Es kann aber auch der sich nicht drehende Dichtungsring 2 aus einem mit Poren durchsetzten Material sein, oder es können beide aus einem mit Poren durchsetzten Material sein.

Die Bedingungen für die Poren des mit Poren durchsetzten Materials, das als Material für den sich drehenden Dichtungs ring 1 in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, werden weiter unten ausgeführt.

Was die Materialien, wie etwa eine Keramik oder ein Sinter karbid, die als ein mit Poren durchsetztes Material verwen det werden können, betrifft, sind die Keramiken im Vergleich zu den Sinterkarbiden weniger stark und mangeln an Wider standsfähigkeit gegenüber Wärmeschocks, so daß sie für eine Verwendung bei hohen PV-Werten nicht geeignet sind. Anderer seits sind Sinterkarbide, selbst wenn sie mit Poren durch setzt sind, stärker als Keramiken ohne Poren und sind bei einer Verwendung bei hohen PV-Werten weit überlegen.

Bei der vorliegenden Erfindung unterliegt die Zusammensetzung des Sinterkarbids ebenfalls strengen Bedingungen, wie weiter unten ausgeführt wird.

Die Flüssigkeit wird in den Poren in der Gleitfläche festge halten. Außerdem wird die Flüssigkeit der Innenseite der Gleitfläche zugeführt und wirkt dahingehend, daß ein Flüssig keitsfilm auf der Gleitfläche erhalten bleibt. Dementspre chend kann jede beliebige Form für diesen Vorgang genügen. Wenn jedoch eine Belastungskonzentration in einer deformier ten Form der Pore auftritt, insbesondere bei einer Form mit scharfwinkligen Ecken, wird ein gesinterter Körper leicht zerstört. Deshalb wird eine nahezu kugelförmige oder nahezu zylindrische Form gewählt.

Wenn andererseits die Poren zu klein sind, ist der Flüssig keitsfilmerhaltungseffekt zu gering, und die Schmierfähig keiten werden nicht aufrechterhalten. Daher muß sowohl im Fall kugelförmiger Formen als auch zylindrischer Formen der mittlere bzw. durchschnittliche Durchmesser 3 µm oder mehr betragen. Bei einer zy lindrischen Form muß die Länge wenigstens gleich dem mittle ren Durchmesser sein. Wenn die Poren groß sind, bleibt die Flüssigkeitsfilmwirkung erhalten, wenn aber die Poren sehr groß werden, ist das Leck durch die Poren sehr groß, und der Abrieb der zugehörigen Dichtung wird bedeutend, da eine zu große Reduzierung der Stärke des Materials vorliegt. Aus diesem Grunde müssen kugelförmige Poren einen Durchschnitts durchmesser von 20 µm oder weniger aufweisen, und zylindri sche Poren müssen einen Durchschnittsdurchmesser von 20 µm oder weniger und eine durchschnittliche Länge von 300 µm oder weniger aufweisen. Ferner ist es wünschenswert, daß der mitt lere bzw. durchschnittliche Durchmesser in Fällen, bei denen die Stärke besonders wichtig ist, 16 µm oder weniger beträgt.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem mittleren bzw. durchschnittlichen Po rendurchmesser und dem Leckvolumen und zwischen dem mittleren bzw.durch schnittlichen Porendurchmesser und dem Abnutzungsfaktor. Diese beiden Kenn linien basieren auf dem erfindungsgemäßen Sinterkarbid A3 von Ta belle 1, aus dem eine mechanische Dichtung mit einem Dich tungsring von 60 mm Durchmesser und einem Kohlenstoffdich tungsring, in dem eine Vielfalt von Porendurchmessern ent halten ist, gebildet ist. Die Ergebnisse der Kennlinien wurden bei einem Betrieb von 100 Stunden bei kontinuierlich 3600 Umdrehungen pro Minute erhalten, wobei ein Turbinenöl als die abgedich tete Flüssigkeit bei einem Druck von 3,924·10⁵ Pa ( 4 kg/cm²) und eine Tempe ratur von 40 bis 50°C verwendet wurde.

Wie aus diesen beiden Kurven abgelesen werden kann, werden sowohl das Leckvolumen als auch der Abnutzungsfaktor groß und übersteigen den praktischen Betriebsbereich, wenn der mittlere Porendurchmesser 20 µm übersteigt. Dementsprechend sind die Durchmesser auf den oben angegebenen Bereich beschränkt.

Das Porenvolumen muß groß sein, um den Flüssigkeitsfilmeffekt aufrechtzuerhalten. Deshalb sollte der minimale Porenbetrag 0,5% des Volumens ausmachen. Wenn andererseits die Poren 20% des Volumens überschreiten, geschieht es leicht, daß die einzelnen Poren miteinander verbunden werden, und die Stärke des Materials ist reduziert. Daher liegt die obere Grenze bei 20% des Volumens. Ein wünschenswerter Bereich liegt zwischen 10 und 15% des Volumens.

Wenn die Poren über eine größere Entfernung derart mitein ander verbunden sind, daß sich die miteinander verbundenen Poren durch den gesinterten Körper hindurch erstrecken, dringt die abgedichtete Flüssigkeit durch diese Poren und leckt, so daß der gesinterte Körper nicht länger als ein Dichtringelement verwendbar ist. Aus diesem Grunde dürfen die Poren nicht über eine Länge von mehr als 2 mm miteinander verbunden sein.

In dem, wie weiter oben beschrieben, aus einem mit Poren durchsetzten Material gebildeten Dichtungsring 1 sammelt sich in den Poren abgedichtete Flüssigkeit oder dergleichen an, und beim Start schwillt die Flüssigkeit aufgrund der Wärme, die durch das Gleiten des Dichtungsrings erzeugt wird, an und sickert auf die Oberfläche S der Dichtung hinaus, so daß ein Film auf der Filmoberfläche S gebildet wird und die Schmierfähigkeit erhalten bleibt. Ferner werden die Poren großer und tiefer als jene, die durch ein Polierverfahren erzeugt werden und befinden sich nicht nur auf der Seite der Dichtungsoberfläche S, sondern sind über den gesamten inneren Abschnitt des Materials verteilt, so daß, selbst wenn die Dichtungsoberfläche S des Dichtungsrings 1 einer Abnutzung unterliegt, neue Poren auf der Oberfläche auftreten und das wirksame Aufrechterhalten der Schmierfähigkeit nicht verlorengeht.

Es ist nicht erforderlich, daß das mit Poren durchsetzte Material für den gesamten Dichtungsring verwendet wird. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann nur ein Endflächenabschnitt 10 eines Dichtungsrings 1′ aus dem mit Poren durchsetzten Mate rial sein. Auf diese Weise kann die Stärke des Dichtungsrings 1′ erhöht werden, wenn nur der Endflächenabschnitt 10 des Dichtungsrings 1′ aus dem mit Poren durchsetzten Material gefertigt ist. Wenn zum Beispiel der Körper des Dichtungs rings 1′ aus einem normalen Sinterkarbid gebildet ist und der Dichtungsendflächenabschnitt 10 aus einem mit Poren durchsetzten Material eines Sinterkarbids, das weiter unten beschrieben wird, gebildet ist, kann eine größere Stärke erzielt werden, als wenn der gesamte Dichtungsring aus einem mit Poren durchsetzten Sinterkarbid gebildet wäre. Das Ver fahren zum alleinigen Bilden des Endflächenabschnitts 10 aus mit Poren durchsetztem Material wird weiter unten be schrieben.

Das Sinterkarbid der vorliegenden Erfindung ist auf folgende Weise eingegrenzt.

Das Sinterkarbid weist einen gesinterten Körper auf, der aus wenigstens einem Element aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride von Übergangsmetallen der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und einer festen Lösung dieser Karbide, Nitride und Boride sowie zufälligen Verunreinigungen besteht, wobei die Poren in einem Betrag von 0,5 bis 20 Volumen-% enthalten sind und in wenigstens einer Form aus der Gruppe der im wesentlichen kugelförmigen und im wesent lichen zylindrischen Formen gebildet sind, im Falle der im wesentlichen kugelförmigen Form einen mittleren Durchmesser von 3 bis 20 µm und im Falle der im wesentlichen zylindri schen Form einen mittleren Durchmesser von 3 bis 20 µm und eine mittlere Länge im Bereich zwischen dem mittleren Durch messer und 300 µm aufweisen und daran gehindert werden, sich miteinander über eine Länge von mehr als 2 mm miteinander zu verbinden.

Wie weiter oben erwähnt ist, ist bei der vorliegenden Erfin dung das Material aus der Gruppe der Karbide, Nitride oder Boride von Übergangsmetallen der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems ausgewählt, da der Korrosionsbeständigkeit mehr Bedeutung beigemessen wird als der Festigkeit. Ferner sind Verunreinigungen, die mit dem Rohmaterialpulver und dem Herstellungsverfahren für diese Materialien in Zusam menhang stehen, darin vermischt. Aber deren Betrag ist auf höchstens 0,5 Massen-% begrenzt.

Andererseits ist es bei Anwendungen, bei denen die Festig keit wichtiger ist als die Korrosionsbeständigkeit, wün schenswert, wenigstens ein Element aus den Metallen der Eisenfamilie hinzuzugeben, um die Zähigkeit zu erhöhen. Die ses Element ist nicht wirksam bei einem Betrag von weniger als 0,1 Massen-%. Übersteigt es dagegen 30 Massen-%, wird die Zähigkeit durch eine geringere Härte in den Hintergrund gestellt, und seine Abriebfestigkeit läßt nach. Daher muß dieser Bereich auf Werte zwischen 0,1 und 30 Massen-% be grenzt werden.

Weiterhin kann bei diesen beiden Arten von Sinterkarbid for derungsgemäß das wenigstens eine Element aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und einer festen Lösung der Karbide, Nitride und Boride durch wenigstens ein Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems in einer Menge von 0,1 bis 5 Massen-% ersetzt werden. Dies dient zur Erhöhung der Korrosionsbe ständigkeit, insbesondere in den Fällen, in denen ein Sinter karbid ein Metall aus der Eisenfamilie enthält. Durch Erset zen und Hinzufügen von 0,1 bis 5 Massen-% des wenigstens einen Elements der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems, wie etwa Chrom oder Molybdän, wird eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit erreicht.

Der Grund für eine Begrenzung des Durchmessers, der Form und des Volumens der Poren ist der gleiche wie weiter oben ausgeführt.

Nun wird ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen mit Poren durchsetzten Sinterkarbids erläutert.

Bei der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren zum Her stellen des Materials der vorliegenden Erfindung einen Schritt A auf, bei dem die oben erwähnten Materialien vor bereitet werden. Insbesondere besteht in einem Fall ein Pul ver aus wenigstens einem Element aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und einer festen Lösung der Kar bide, Nitride und Boride und zufälligen Verunreinigungen; in einem anderen Fall besteht ein Pulver aus wenigstens einem Element aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und einer festen Lösung der Karbide, Nitride und Boride in einer Menge von 70 bis 99,9 Massen-%, wenigstens einem Ele ment aus der Gruppe der Eisenfamilie der Metalle in einer Menge von 0,1 bis 30 Massen-% und zufälligen Verunreini gungen; in einem wiederum anderen Fall besteht ein Pulver aus den beiden der oben genannten Pulver, wobei das wenig stens eine der Elemente aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und einer festen Lösung der Karbide, Nitride und Boride durch wenigstens ein Element der Über gangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems in einer Menge von 0,1 bis 5 Massen-% ersetzt wird.

Zu dem Pulver wird in einer Menge von 0,5 bis 50 Massen-% ein porenbildendes Material hinzugefügt, das bei Zimmer temperatur fest ist und ein organisches Material enthält, von dem 90% oder mehr bei einer Temperatur, die niedriger als die zum Sintern der obigen Pulver erforderliche Tempera tur ist, sich verflüchtigen oder zerlegt und verdampft wer den. Das porenbildende Material ist im wesentlichen kugel förmig mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 30 µm und/oder im wesentlichen zylinderförmig mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 30 µm und einer mittleren Länge, die gleich oder größer als der mittlere Durchmesser ist, und höchstens 370 µm beträgt.

Das Verfahren zum Herstellen des Materials der vorliegenden Erfindung weist ferner einen Schritt B, bei dem das im Schritt A erhaltene gemischte Pulver durch Pressung oder dergleichen in eine gewünschte Form gebracht wird, einen Schritt C, bei dem das in Schritt B erhaltene Material in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer geeigneten Temperatur zum Verflüchtigen oder Zerlegen und Verdampfen von 90% oder mehr des organischen porenbildenden Materials vorgesintert wird, und einen Schritt D, bei dem der im Schritt C erhaltene vorgesinterte Körper in einer nicht-oxi dierenden Atmosphäre bei einer erforderlichen Temperatur während einer für das Sintern erforderlichen Zeit gesintert wird, auf.

Ferner ist es möglich, die Schritte C und D aufeinanderfol gend in demselben Ofen auszuführen. Weiterhin ist es möglich, zwischen die Schritte C und D ein Verfahren einzufügen, bei dem der in Schritt C erhaltene vorgesinterte Körper durch Schneiden oder Schleifen in gewünschter Weise geformt wird.

Im folgenden werden nun die Gründe für die Eingrenzung des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung erläutert.

Da die Spuren, die zurückbleiben, wenn das organische Mate rial vertrieben ist, die Poren werden, wird dieses organische Material hinzugefügt und gemischt, bevor die gewünschte Form durch Pressung oder dergleichen gebildet wird. Dementspre chend ist es erforderlich, daß die Form während des Mischens und/oder des Pressens kaum zusammenfällt. Aus diesem Grunde muß das organische Material bei Zimmertemperatur ein fester Stoff sein.

Andererseits muß, nachdem das Pulver durch Pressen oder der gleichen in eine Form gebracht ist, der größere Teil des organischen Materials verflüchtigt oder zersetzt und ver dampft werden bei einer Temperatur, die niedriger ist als die Sintertemperatur, um eine Beeinträchtigung des Sinterns zu vermeiden.

Folglich muß das organische Material bei Zimmertemperatur ein Feststoff sein, und 90% oder mehr müssen bei einer Tem peratur, die niedriger als die Sintertemperatur ist, ver flüchtigt oder zersetzt und verdampft werden.

Der Koeffizient der linearen Kontraktion des Sinterkarbids beträgt etwa 20%, wobei er sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Karbids um einige Prozent ändert. Folg lich ziehen sich die nach der Verflüchtigung oder Zersetzung und Verdampfung des organischen Materials zurückbleibenden Hohl räume um etwa 20% zusammen, um zu Poren zu werden. Der Zu sammenziehungsfaktor der Poren ändert sich jedoch in Ab hängigkeit vom Durchmesser und der Sintertemperatur des or ganischen Materials. Dementsprechend ist die Form des orga nischen Materials die gleiche wie die der zu erhaltenden Poren, und die Abmessungen sind im wesentlichen 20% größer als jene der zu erhaltenden Poren. Aus dem vorstehenden er gibt sich, daß die vorliegende Erfindung auf ein im wesent lichen kugelförmiges organisches Material mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 30 µm oder ein im wesentlichen zylin drisches Material mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 30 µm und einer mittleren Länge, die gleich oder größer als der mittlere Durchmesser ist, und höchstens 370 µm beträgt, eingegrenzt ist.

Wie oben erläutert ist, ziehen sich die Hohlräume, die nach dem Verflüchtigen oder der Zersetzung und Verdampfung des organischen Materials zurückbleiben, um etwa 20% zusammen, um zu Poren zu werden. Wenn diese Abmessungen zu klein sind, ist es auch möglich, daß sich die Poren während des Sinter prozesses vollständig zusammenziehen, so daß keine Poren übrigbleiben. Dementsprechend bewegt sich die Menge an zu gefügtem organischem Material im Bereich zwischen 0,5 und 50 Volumen-%.

Sinterkarbide sind Legierungen mit sauerstofffreiem System, die jedoch bei hohen Temperaturen oxidieren. Deshalb müssen die Vorsinter- und Sinteratmosphären nicht-oxidierend sein. Andere Faktoren, wie etwa die Temperatur und die Zeiten, können mit den Standardverfahren zum Herstellen von Sinter karbiden übereinstimmen. Je nach Typ und Menge des organi schen Materials kann das Verflüchtigen oder das Zersetzen und Verdampfen jedoch längere Zeit dauern. Dementsprechend kann es geschehen, daß es bei den Sinterkarbiden während des Vorsinterns zu Sprüngen oder unzureichender Verflüchti gung, Zersetzung bzw. Verdampfung kommt. In derartigen Fällen ist es erforderlich, zum Beispiel die Temperaturanstiegsrate während des Vorsinterns klein zu halten. Ferner kann durch geeignete Steuerung der Sintertemperatur und -zeit das Volu menverhältnis der Poren von einigen Prozent bis etwa 20% gesteuert werden.

Nun wird ein Herstellungsprozeß erläutert, bei dem nur der Endflächenabschnitt 10 aus dem mit Poren durchsetzten Mate rial besteht, während die übrigen Abschnitte aus normalen Materialien ohne Poren gefertigt sind.

Es gibt zwei Arten von Verfahren. Bei dem ersten Verfahren wird zunächst das mittels des oben erläuterten Schrittes A erhaltene Pulver gepreßt. Dieser gepreßte Körper wird in eine Preßform gegeben und dann zusammen mit einem normalen Sinterkarbidrohmaterialpulver, das kein porenbildendes Harz enthält, gepreßt, um einen insgesamt geformten Körper zu erhalten. Dieser wird dann durch die oben genannten Schritte B bis D zu einem gesinterten Körper weiterverarbeitet. Mit diesem Verfahren ist es einfach, ein gesintertes Material herzustellen, bei dem ein Teil ein mit Poren durchsetztes Material (Sinterkarbid) und der Rest ein normales Material (Sinterkarbid) ohne Poren ist. Außerdem kann in diesem Fall akzeptiert werden, daß die Zusammensetzungen der beiden Sin terkarbide nicht gleich sind, sondern daß nur die Sinter temperatur dieser Sinterkarbide dicht beieinander (Unter schied bis zu 50°C) liegen muß. Ist dies nicht der Fall, dann werden die gepreßten Körper während des Sinterns un normal deformiert und können in extremen Fällen brechen.

Weiterhin kann die Preßreihenfolge dieser beiden Typen von Pulver umgekehrt werden, und es können anstatt derselben Form, wie oben dargestellt, unterschiedliche Formen verwendet werden. So kann zum Beispiel das im Schritt A erhaltene Pul ver in einer ersten Form gepreßt werden, dann aus der ersten Form in eine größere Form umgesetzt und zusammen mit normalem Sinterkarbidpulver, das kein Harz enthält, gepreßt werden, um einen insgesamt geformten Körper zu erhalten. Der gesin terte Körper wird dann durch das gleiche Verfahren wie oben beschrieben erhalten. Wenn dieses Verfahren ausgeführt ist, dann ist der Teil, der aus mit Poren durchsetztem Sinter karbid besteht, auf drei Seiten von Sinterkarbid umgeben, das keine Poren enthält und das dadurch ermöglicht, einen kräftigeren Abdichtungsring zu erhalten.

Das zweite Verfahren läuft wie folgt ab. Zuerst wird ein mit Poren durchsetztes Material (Sinterkarbid) hergestellt, dann wird unabhängig davon ein normales Material (Sinter karbid), das keine Poren enthält, hergestellt. Diese beiden Körper werden dann durch Löten oder mittels Diffusionsbondens oder dergleichen zu einem einheitlichen Körper zusammenge fügt. Auf diese Art wird in der gleichen Weise wie oben ein Dichtungsring erhalten, bei dem ein Teil aus einem mit Poren durchsetzten Sinterkarbid besteht und der Rest aus einem normalen Sinterkarbid ohne Poren besteht. In diesem Fall können beide Zusammensetzungen frei gewählt werden, so daß, falls letzterer als ein besonders hoch belastbares Sinter karbid gefertigt ist, der Abdichtungsring selbst stärker ist.

Die Verfahren des Lötens und des Diffusionsbondens laufen wie folgt ab.

Zunächst wird der Lötprozeß beschrieben. Die Oberflächen der Sinterkarbide, die zusammenzulöten sind, werden zunächst mit einem Diamantschleifstein oder dergleichen geschliffen, und es wird eine Rauhtiefe R_max von etwa 10 µm oder weniger erhalten. Diese Oberflächen werden mit einem geeig neten Lösungsmittel gereinigt, und eine geeignete Menge von Lötmaterial in Form einer Stange oder Platte wird zwischen ihnen eingebracht. Das Lötmaterial wird auf eine geeignete Temperatur erwärmt, und der Lötvorgang wird ausgeführt. Als Lötmittel können wahlweise Nickellot und Silberlot verwendet werden. Das erste ist jedoch vorzuziehen, wenn es auf Korro sionsbeständigkeit ankommt.

Nun wird das Verfahren des Diffusionsbondens beschrieben. Die für das Diffusionbonden vorgesehenen Oberflächen werden den gleichen Verfahrensschritten wie beim Lötverfahren unter zogen, bis eine gleiche Rauhtiefe erhalten wird, und das Säubern erfolgt in gleicher Weise. Dann werden die beiden zu verbindenden Oberflächen zusammengebracht und in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bis nahe an die Sintertempera tur (etwa 50°C unter der Sintertemperatur) gebracht. Diese Temperatur wird für etwa 10 bis 30 Minuten festgehalten. Auf diese Weise werden die beiden Oberflächen leicht durch Diffusionsbonden gebondet.

Nebenbei bemerkt ist die Tatsache, daß das Bonden durch Löten oder Diffusionsbonden einfach ausgeführt werden kann, ein Vorteil der Verwendung von Sinterkarbiden anstatt Keramik.

Nun wird die vorliegende Erfindung anhand von einzelnen Aus führungsbeispielen erläutert.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1

Beim ersten Ausführungsbeispiel wurden als Rohmaterialien ein WC-Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,3 µm und ein Co-Pulver mit einem mittleren Teilchendurch messer von 1,3 µm gemischt, um eine Zusammensetzung WC-6,5 Massen-% Co zu erhalten, und in einem Naßprozeß unter Methanol drei Tage lang in einer Kugelmühle vermischt. Dieses vermischte Pulver wurde getrocknet, und in Trichloräthan gelöstes Paraffin wurde zum Vermischen hinzugegeben, um einen Anteil von 2 Massen-% bezogen auf das Pulver zu ergeben, und das Pulver wurde erneut getrocknet, um ein Basispulver zu ergeben. Ein organisches Pulver nach Art, Form, Abmes sungen und Menge in Bezug auf das Basispulver, wie in Tabelle 1 angegeben ist, wurde als ein porenbildendes Material in eine Mischmaschine gegeben und gemischt, um die verschiedenen Arten von Rohmaterialpulver zu erhalten. Außerdem wurde in diesem Fall die Menge an Kohlenstoff im Rohmaterialpulver wie gefordert abgestimmt, um weder Kohlenstoff noch η-Phase im gesinterten Körper zu erzeugen.

Diese Pulver wurden mit einem Druck von 9,81·10⁷ Pa ( 1000 kg/cm²) gepreßt, um einen grünen bzw. ungesinterten Preßling von 5,5 mm×10 mm×30 mm zu bilden. Dieser grüne kompakte Block wurde 10 Stunden lang unter Vakuum (etwa 13,2 Pa 0,1 Torr) auf etwa 800°C erwärmt, um ein vorgesintertes Material zu ergeben. Das Material wurde dann eine Stunde lang unter einem Vakuum von 13-40 Pa ( 0,1 bis 0,3 Torr) bei 1370°C gesintert, um jeweils die Sinterkarbide A1 bis A13 der vorliegenden Erfindung und die Vergleichssinterkar bide B1 bis B4 zum Vergleich zu erhalten, mit der Ausnahme, daß die Heizzeit zur 10-Stunden-Dauer verdoppelt wurde, da Sprünge in den Sinterkarbiden A3, A4, A7 und A13 der vor liegenden Erfindung und im Vergleichssinterkarbid B2 im vor gesinterten Zustand erzeugt wurden.

Die auf diese Weise erhaltenen Sinterkarbide A1 bis A13 der vorliegenden Erfindung und Vergleichssinterkarbide B1 bis B4 wurden zunächst mit einem Diamantrad geschliffen, und dann wurden vier Proben von 4 mm×8 mm×24 mm für den JIS- Ablenkungstest in jedem der Sinterkarbide vorbereitet. Die Dichte und die Härte (H_RA) wurden für jede dieser Proben gemessen, und außerdem wurde die Biegefestigkeit nach dem Dreipunktverfahren mit einer Spannweite von 20 mm gemessen. Das Volumenverhältnis der Poren wurde aus der Dichte berech net.

Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt.

Die Volumenverhältnisse der Poren der nach dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellten Sinterkarbide A1 bis A13 betragen 0,5 bis 18,7% und werden als die Bedingung des Grenzbereichs zwischen 0,5 und 20% des Volumens betrachtet. Das Vergleichssinterkarbid B1 hat jedoch keine Poren und erfüllt damit die Grenzbedingungen nicht. Beim Vergleichs sinterkarbid B2 sind die Größe und das Volumenverhältnis zu groß, und beim Vergleichssinterkarbid B3 ist die Größe der Poren zu groß, so daß die Biegefestigkeit bei diesen Vergleichssinterkarbiden 392,4 N/mm² ( 40 kg/mm²) oder weniger beträgt. Sie wurden daher als für praktische Anwendungen nicht ge eignet eingestuft. Die Biegefestigkeit des Vergleichssinter karbids B4 ist verhältnismäßig groß. Da jedoch die Poren groß sind, ist das Leckvolumen zu groß, wie in Fig. 8 dar gestellt ist, so daß dieses Material nicht von praktischer Bedeutung ist.

Eine Untersuchung der Struktur dieser Proben zeigt, daß in allen Fällen die Porengröße etwa 80% der Partikelgröße des organischen Materials beträgt. Zur Bestätigung sind die jeweiligen Mikrostrukturfotografien in den Fig. 4 bis 6 für die Sinterkarbide A2, A6 und A8 der vorliegenden Er findung gezeigt. Aus diesen Fotografien kann geschlossen werden, daß höchstens 6 Poren miteinander verbunden sind. Dies gilt auch für die anderen Sinterkarbide der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend wird angenommen, daß die Poren verbindung maximal 0,3 mm×6 = 1,8 mm beträgt, und dies wird als die Grenzbedingung erfüllend angesehen.

Aus dem vorstehenden kann gesagt werden, daß nur die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sinterkarbide diese Grenzbedingungen erfüllen.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2

Beim zweiten Ausführungsbeispiel wurden ein WC-Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,0 bis 5,0 µm und die in Tabelle 2 aufgeführten Pulver (mittlerer Teilchen durchmesser 1,0 bis 3,0 µm) als Rohmaterialien verwendet. Diese Pulver wurden in der in Tabelle 2 angegebenen Weise zusammengegeben, dann vermischt, getrocknet, mit Paraffin gemischt und, wie beim Ausführungsbeispiel 1, erneut ge trocknet. Daran anschließend wurde ein hochdichtes Poly äthylen mit einem mittleren Durchmesser von 19 µm in der in Tabelle 2 angegebenen Menge zugegeben und in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 vermischt. Diese Pulver wurden kompaktiert, und der sich daraus ergebende grüne bzw. ungesinterte Preßling wurde in der gleichen Weise wie beim Ausführungs beispiel 1 vorgesintert. Dann wurde das vorgesinterte Mate rial eine Stunde lang unter Vakuum 13-40 Pa ( 0,1 bis 0,3 Torr) bei der in Tabelle 2 angegebenen Temperatur gesintert, um die Sinterkarbide A14 bis A27 der vorliegenden Erfindung und die Vergleichssinterkarbide B5 bis B9 zu erhalten.

Die sich daraus ergebenden Sinterkarbide wurden verarbeitet, und ihre Eigenschaften wurden in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 gemessen. Die Werte sind in Tabelle 2 angegeben.

Beiläufig sei angemerkt, daß die Zusammenstellung WC/TiC/TaC in Tabelle 2 eine feste Lösung aus 50 Massen-% WC, 30 Mas sen-% TiC und 20 Massen-% TaC bedeutet, während die Zusam mensetzung TiC/TiN eine feste Lösung mit 50 Massen-% TiC und 50 Massen-% TiN bedeutet.

Die Sinterkarbide A14 bis A27 der vorliegenden Erfindung und das Vergleichssinterkarbid B5 haben alle ein Volumen verhältnis im Bereich zwischen 0,5 und 20,0 Volumen-%, aber die Vergleichskarbide B6 bis B9 wurden als außerhalb dieses Bereichs liegend bestimmt. Das Vergleichssinterkarbid B5 erfüllt, wie vorstehend ausgeführt, die Anforderungen hin sichtlich des Porenvolumenverhältnisses an der Oberfläche, weist jedoch eine äußerst geringe Härte auf und weist keine Abriebfestigkeit auf. Die Fotografien werden zwar nicht ge zeigt, aber der mittlere Porendurchmesser liegt bei den Sinterkarbiden A14 bis A27 der vorliegenden Erfindung in allen Fällen bei etwa 15 µm, und nur einige dieser Poren sind miteinander verbunden. Demzufolge kann gesagt werden, daß nur die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Sinterkarbide A14 bis A27 innerhalb der Grenz werte liegen.

Die Ausführungsbeispiele 1 und 2 rechtfertigen das Verfahren der vorliegenden Erfindung, und einige Sinterkarbide wurden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, wenn sie in einem Dichtungsring verwendet werden, untersucht.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3

Insbesondere wurden nach den Verfahren der Ausführungsbei spiele 1 und 2 im dritten Ausführungsbeispiel Testringe mit einer Gleitfläche mit einem inneren Durchmesser von 41 mm und einem äußeren Durchmesser von 56 mm vorbereitet. Eine spiegelartige Oberflächengüte wurde auf der Gleitfläche durch Läppen erhalten. Dann wurden Kohlenstoffringe mit einem inneren Durchmesser von 43 mm und einem äußeren Durchmesser von 52 mm als zugehörige Gleitflächen vorbereitet, und auch diese Gleitflächen wurden mit einer spiegelartigen Oberflä chengüte durch Läppen versehen. Die Teststücke wurden in eine mechanische Dichtungstestungsmaschine eingebaut. Die Betriebsbedingungen für die mechanischen Dichtungen waren folgende: abgedichtete Flüssigkeit: Leitungswasser; Druck der abgedichteten Flüssigkeit: 1,47·10⁶ Pa ( 15 kg/cm²); Drehgeschwindig keit: 410 U/min. Die erforderliche Durchschnittsleistung wurde eine Stunde lang unmittelbar nach dem Starten des Vor ganges bestimmt. Wenn die geforderte Leistung groß war, war der Reibungskoeffizient ebenfalls groß, so daß das Gleit verhalten in geeigneter Weise aus der Größe der geforderten Leistung bestimmt werden konnte.

Unter Anwendung des obigen Verfahrens wurde zunächst die jeweilige durchschnittliche erforderliche Leistung für die Sinterkarbide A1, A3 und A13 der vorliegenden Erfindung und die Vergleichssinterkarbide B1 und B4, wie in Tabelle 1 dar gestellt ist, gemessen. Zum einfacheren Vergleich der Er gebnisse wurde die beim Vergleichssinterkarbid B1 erforder liche Leistung auf 1 normiert, und es wurden die Verhält nisse der jeweils erforderlichen Leistungen gegenüber dieser Einheitsleistung errechnet, um die in Tabelle 1 angegebenen Leistungsverhältnisse zu erhalten. Ähnliche Leistungsverhält nisse wurden bei den Ergebnissen unter den Testbedingungen mit 60 mm Durchmesser, 4,9·10⁶ Pa ( 50 kg/cm²), Turbinenöl und 3600 U/min erhalten.

Diese Ergebnisse zeigen, daß alle Sinterkarbide der vorlie genden Erfindung ein kleineres Leistungsverhältnis aufweisen als das Vergleichssinterkarbid B1, so daß von allen Lei stungswerten dieser Sinterkarbide der vorliegenden Erfindung gesagt werden kann, daß sie höherwertig sind als die des Vergleichssinterkarbids B1. Das Leistungsverhältnis des Ver gleichssinterkarbids B4 ist klein, aber die Poren sind zu groß, so daß das Leckvolumen hoch ist, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Dieses Material ist daher als nicht von praktischer Bedeutung eingestuft worden.

In gleicher Weise wurden die durchschnittlich erforderlichen Leistungen für die Sinterkarbide A14, A18, A22 und A23 der vorliegenden Erfindung und die entsprechenden porenfreien Sinterkarbide, die Vergleichssinterkarbide B5, B7, B8 und B9 gemessen, deren Ergebnisse in Tabelle 2 dargestellt sind. In allen Fällen betrug das Leistungsverhältnis der Sinter karbide der vorliegenden Erfindung, auf die Vergleichssinter karbide bezogen, 0,7 bis 0,8. Insbesondere sind die mit Poren durchsetzten Sinterkarbide der vorliegenden Erfindung gegen über den bisher verwendeten Sinterkarbiden in ihren Gleit eigenschaften überlegen.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4

Im vierten Ausführungsbeispiel wurden drehende Dichtungs ringe mit einem inneren Durchmesser von 60 mm aus den Sinter karbiden A1 und A3 nach Tabelle 1 hergestellt. Ähnliche drehende Dichtungsringe wurden aus den Vergleichssinterkar biden B1 und B4 hergestellt.

Die jeweilige Gleitfläche der aus den Sinterkarbiden A1 und A3 und aus dem Vergleichssinterkarbid B4 hergestellten Dich tungsringe wurde durch Läppen vergütet. Nach erfolgtem Läppen wurde die Gleitfläche des aus Vergleichssinterkarbid B1 her gestellten Dichtungsrings poliert. Eine Oberflächenrauhtiefe meßeinrichtung vom Kontaktnadeltyp wurde zum Messen der Dich tungsoberfläche des Dichtungsrings aus Sinterkarbid A3 der vorliegenden Erfindung und des Dichtungsrings aus Vergleichs sinterkarbid B1 verwendet. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 aufgetragen. (A) stellt das Sinterkarbid A3 der vorliegenden Erfindung dar, und (B) stellt das Vergleichssinterkarbid B1 dar. Wie aus Fig. 7 klar ersichtlich ist, sind die Löcher in der Gleitfläche des Sinterkarbids A3 tiefer, und durch Polieren wurden nur flache Löcher geschaffen.

Eine unausgeglichene Art einer mechanischen Dichtung (die in Fig. 1 gezeigte Dichtung) wurde unter Verwendung von dre henden Dichtungsringen aus den Sinterkarbiden A1 und A3 der vorliegenden Erfindung und aus den Vergleichssinterkarbiden B1 und B4 mit den gleichen Abmessungen wie beim Ausführungs beispiel 3 hergestellt, und es wurde ein Lecktest durchge führt. Die nicht-drehenden Dichtungsringe waren alle aus Kohlenstoff. Der Test wurde unter schweren Bedingungen durch geführt, bei denen sich leicht Blasen bildeten, und bei dem eine Einheit mit einer abgedichteten Flüssigkeit mit einer Viskosität von 1,0-1,5 Ns/m² ( 1000 bis 1500 cps), einer Flüssigkeitstempe ratur von 13 bis 23°C und einem Flüssigkeitsdruck von 4,9·10⁵ Pa ( 5 kg/cm²) verwendet wurde. Die Drehgeschwindigkeit betrug 3600 U/min, und es wurde der Leckbetrag pro Zeiteinheit ge messen. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 dargestellt.

Am Anfang war die Leckmenge beim Vergleichssinterkarbid B1 klein, da die Löcher aufgrund des Leckvorgangs klein und flach waren. Aber im Laufe der Zeit wurden die Löcher über flutet, und es war unmöglich, die Schmiereigenschaften der Dichtungsfläche aufrechtzuerhalten. Nach 10 Stunden Betrieb wurde das Leckvolumen groß, und es entwickelten sich Blasen.

Andererseits war das Volumenverhältnis der Poren im Sinter karbid A1 der vorliegenden Erfindung vergleichsweise klein, so daß, obwohl nach 20 Stunden Betrieb Blasen auftraten, das Doppelte der effektiven Lebensdauer des Vergleichssinter karbids B1 erreicht wurde. Beim Sinterkarbid A3 der vorlie genden Erfindung, das ein großes Porenvolumenverhältnis auf wies, wurde eine bemerkenswerte Erscheinung beobachtet, und zwar insofern, als die Leckmenge selbst nach 40 Stunden Be trieb nicht anstieg. Beim Vergleichssinterkarbid B4 traten keine Blasen auf, aber das Leckvolumen überstieg den prakti schen Bereich gleich vom Start weg und machte damit dieses Sinterkarbid für eine praktische Verwendung als Dichtring ungeeignet.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 5

Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen 3 und 4 insofern, als nur die Gleit flächen der Dichtungsringe aus mit Poren durchsetztem Sinter karbid hergestellt wurden.

Zunächst wurde ein nach dem weiter oben erläuterten Schritt A erhaltenes Pulver gepreßt, dann wurde ein Pulver, das kein porenbildendes Harz enthielt, gepreßt, um einen Körper zu erhalten, der vollständig aus beiden Pulvern gebildet war. Aus diesem Körper wurde durch die Schritte B bis D ein gesin terter Körper, der anschließend unter Verwendung eines Dia mantrades oder dergleichen weiterbearbeitet wurde, um einen Dichtungsring mit einer Rauhtiefe von R_max = 10 µm, einem inneren Durchmesser von 60 mm, einem äußeren Durchmesser von 70 mm und einer Dicke von 5 mm zu erhalten. Hier war das mit Poren durchsetzte Sinterkarbid der Gleitfläche das gleiche wie das Sinterkarbid A3 der vorliegenden Erfindung. Das Sinterkarbid, dem dieses Material vollständig hinzugefügt wurde, war eine WC-6,5% Co-Mischung, die gleiche wie das Sinterkarbid A3 der vorliegenden Erfindung. Außerdem wies das mit Poren durchsetzte Sinterkarbid A3 der Gleitfläche zwei Ebenen auf, und zwar 0,5 mm und 1 mm Dicke. Für einen Vergleich der Festigkeitswerte wurden Dichtungsringe voll ständig aus mit Poren durchsetztem Sinterkarbid hergestellt. Von jedem Ring wurden fünf Exemplare hergestellt. Drei wurden in Festigkeitstests und zwei in Lecktests nach dem gleichen Verfahren wie beim Ausführungsbeispiel 4 verwendet. In diesem Fall wurde die Gleitoberfläche der in den Lecktests verwen deten Ringe durch Läppen mit einer spiegelartigen Oberflä chengüte versehen.

Der Festigkeitstest wurde nach dem JIS Z.2507-1960-Preßring test ausgeführt. Fig. 9 ist eine Zeichnung, die einen typi schen Aufbau für dieses Verfahren darstellt. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wurde eine Last W, die in verti kaler Richtung auf den Ring wirkte, angelegt, und die maxi male Dehnungsspannung wurde im Diagramm im Punkt A erzeugt. Dieser Wert wird mit σ bezeichnet und wird durch die folgende Gleichung gegeben:

σ = {(1/R-6/(h-h²/(2R))} × (-WR)/(πbh),

wobei
h: Ringbreite,
b: Ringdicke,
R: Radius des Rings, mit R = (innerer Durchmesser + äußerer Durchmesser)/4
bedeuten.

Unter Verwendung dieses Verfahrens wurden die Last und die Dehnungsspannung in dem Moment, in dem der Ring unter dieser Last zerbrach, für den jeweiligen Ring erhalten. Die Durch schnittswerte sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Zahlen zei gen, daß die Festigkeit der Dichtungsringe 1 und 2 der vor liegenden Erfindung, bei denen nur die Gleitfläche aus mit Poren durchsetztem Sinterkarbid hergestellt ist, etwa 50% höher ist als die Festigkeit des Dichtungsrings 3 der vorlie genden Erfindung, bei dem der gesamte Dichtungsring aus mit Poren durchsetztem Sinterkarbid hergestellt ist.

Die Ergebnisse des Lecktests bestätigen, daß die Dichtungs ringe 1 und 2 der vorliegenden Erfindung wesentlich höher wertig sind, was mit den im Zusammenhang mit dem Ausführungs beispiel 4 aufgeführten Ergebnissen übereinstimmt. Es ist möglich, genau die gleichen Eigenschaften zu erhalten, wie in dem Fall, bei dem der gesamte Dichtungsring aus dem Sinterkarbid A3 der vorliegenden Erfindung gefertigt ist, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Demzufolge ist klar ersicht lich, daß die Dichtungseigenschaften denen des Dichtungs rings, bei dem nur die Gleitfläche aus mit Poren durchsetztem Sinterkarbid besteht, gleich sind, und die Festigkeit ist höher. Folglich ist dieses Material als eine hochbelastbare Dichtung (hoher PV-Wert) geeignet.

Tabelle 3

Claims

1. Mechanische Dichtung mit einem sich nicht drehenden Dichtungs ring (2) und einem sich drehenden Dichtungsring (1), dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einer der beiden Dichtungsringe (1, 2) eine Dich tungsoberfläche (S) und einen Nahbereichsabschnitt der Dichtungs oberfläche (S) aufweist, der aus einem mit Poren durchsetzten Material ist,
wobei das mit Poren durchsetzte Material Poren in einer Menge von 0,5 bis 20 Volumen-% aufweist,
wobei die Poren in wenigstens einer Form aus der Gruppe von im wesentlichen kugelförmigen Formen und im wesentlichen zylindri schen Formen gebildet sind,
die Poren bei im wesentlichen kugelförmiger Form einen durch schnittlichen Durchmesser von 3 bis 20 µm aufweisen,
die Poren bei im wesentlichen zylindrischer Form einen durch schnittlichen Durchmesser von 3 bis 20 µm und eine durchschnittli che Länge im Bereich zwischen dem Betrag des durchschnittlichen Durchmessers und 300 µm aufweisen und verhindert wird, daß sich die Poren miteinander zu einer Länge von mehr als 2 mm verbinden.

2. Mechanische Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Dichtungsringe (1, 2) aus dem mit Poren durchsetzten Material ist.

3. Mechanische Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Poren mit im wesentlichen kugelförmiger Form einen durch schnittlichen Durchmesser von 16 µm oder weniger und/oder die Poren mit im wesentlichen zylindrischer Form einen durchschnittli chen Durchmesser von 16 µm oder weniger aufweisen.

4. Mechanische Dichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Poren durchsetzte Material Sinterkarbid mit einem gesinterten Körper ist, der wenigstens aus einem der Mitglieder der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und einer festen Lösung wenigstens zweier der Karbide, Nitride und Boride und zufälligen Verunreini gungen besteht.

5. Mechanische Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper zu 70 bis 99,9 Massen-% wenigstens ein Mitglied der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Über gangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und die feste Lösung wenigstens zweier der Karbide, Nitride und Boride und 0,1 bis 30 Massen-% wenigstens eines Elements aus der Eisenfamilie der Metalle und zufällige Verunreinigungen aufweist.

6. Mechanische Dichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Mitglied aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und die feste Lösung wenigstens zweier der Karbide, Nitride und Boride in einer Menge von 0,1 bis 5 Massen-% durch wenigstens ein Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle der Gruppe IV, V und VI des Periodensystems ersetzt ist.

7. Mechanische Dichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren mit im wesentlichen kugelförmiger Form einen durch schnittlichen Durchmesser von 16 µm oder weniger und/oder die Poren mit im wesentlichen zylindrischer Form einen durchschnittli chen Durchmesser von 16 µm oder weniger aufweisen.

8.Verfahren zum Herstellen eines mit Poren durchsetzten Sinter karbids für eine mechanische Dichtung, gekennzeichnet durch einen Schritt A mit Vorbereiten eines Pulvers, das wenigstens eines der Mitglieder der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppe IV, V und VI des Periodensystems und eine feste Lösung wenigstens zweier der Karbide, Nitride und Boride und zufällige Verunreinigungen aufweist, Vorbereiten eines porenbildenden Materials, das sich bei Zimmertemperatur in festem Aggregatzustand befindet und das ein organisches Material auf weist, von dem wenigstens 90% bei einer Temperatur, die niedriger ist als eine zum Sintern des Pulvers erforderliche Temperatur, sich verflüchtigt oder sich zersetzt und verdampft, wobei das porenbildende Material wenigstens eine Form aus der Gruppe der im wesentlichen kugelförmigen Formen und der im wesentlichen zylin drischen Formen aufweist, das porenbildende Material bei im wesentlichen kugelförmiger Form einen durchschnittlichen Durch messer von 3 bis 30 µm aufweist und das porenbildende Material bei im wesentlichen zylindrischer Form einen durchschnittlichen Durch messer von 3 bis 30 µm und eine durchschnittliche Länge im Bereich zwischen dem Betrag des durchschnittlichen Durchmessers und 370 µm aufweist, und Zugeben des porenbildenden Materials zum Pulver in einer Menge zwischen 0,5 und 50 Volumen-% zum Vermischen und Durchsetzen, um ein Pulvergemisch zu bilden;
einen Schritt B des Formens des Pulvergemischs aus dem Schritt A in eine gewünschte Form durch Pressen oder dergleichen, um einen grünen bzw. ungesinterten Preßling zu bilden;
einen Schritt C des Vorsinterns des grünen bzw. ungesinterten Preßlings aus dem Schritt B in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer geeigneten Temperatur zum Verflüchtigen oder Zersetzen und Verdampfen von wenigstens 90% des porenbildenden organischen Materials; und
einen Schritt D des Haltens des vorgesinterten Körpers aus dem Schritt C in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre während einer erforderlichen Zeit bei einer erforderlichen Temperatur zum Sintern.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus Schritt A wenigstens ein Mitglied aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsme talle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems und die feste Lösung wenigstens zweier der Karbide, Nitride und Boride in einer Menge von 70 bis 99,9 Massen-% und in einer Menge von 0,1 bis 30 Massen-% wenigstens eines der Elemente aus der Eisenfamilie der Metalle und zufällige Verunreinigungen aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Mitglied aus der Gruppe der Karbide, Nitride und Boride der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems in einer Menge zwischen 0,1 und 5 Massen-% durch wenigstens ein Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems ersetzt ist.