斯特林发动机密封材料研制及摩擦学性能研究

【摘要】斯特林发动机是一种外部供热,以高压氢气或氦气为工质的闭式回热循环热气机,其动力性能和可靠性与动密封技术密切相关。动密封材料的摩擦系数决定了斯特林发动机的功耗,密封材料的耐磨性则是决定发动机使用寿命的关键指标。因此研制出一种减磨耐磨的密封材料对解决斯特林发动机密封寿命具有重要的意义。本文利用机械共混,冷压成型,烧结等工艺制备了PPS/PTFE、纳米A12O3/PPS-PTFE、纳米SiO2/PPS-PTFE三种PTFE基复合材料,并利用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了不同速度,不同载荷,不同温度下复合材料的摩擦磨损性能。研究结果表明：10%的PPS填充的PTFE力学性能,摩擦学性能等综合性能较好,此时材料耐磨性能较纯PTFE提高了2倍；纳米A1203的添加能很好的改善10%PPS/PTFE耐磨性能。当A1203含量达到5%时,复合材料的耐磨性能相比PPS-PTFE复合材料提高了152倍,较纯PTFE提高了276倍。材料耐磨性能提高的根本原因是填料提高了材料的储能模量,同时均匀、光滑的转移膜和摩擦化学变化生成的FeS,FeSO4,FeF2,Fe2O3同样对耐磨性提高起到了促进作用；纳米Si02填充的10%PPS/PTFE复合材料摩擦学性能优异。当纳米Si02含量为5%时,复合材料耐磨性能最好,相比PPS-PTFE耐磨性提高了161倍,较纯PTFE提高了295倍。且5%SiO2/10%PPS-PTFE复合材料在高温、高载、高速工况下均展现出良好的摩擦学性能,是优良的斯特林机密封材料。实验结果还显示,载荷对密封材料摩擦磨损性能影响最大,其次是温度,滑动速度影响最小。
【作者】王月；
【导师】龚俊；杨东亚；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2013，硕士
【关键词】斯特林发动机；PTFE；纳米Al2O3；纳米SiO2；摩擦磨损；

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