머티리얼 디자인 원칙
CuSn6 청동-PTFE 복합재는 시너지 효과를 발휘합니다.
| 요소 | 기능 | 기구 |
|---|---|---|
| PTFE 매트릭스 | 화학적 불활성 / 낮은 마찰력(μ=0.02–0.1) | 분자 사슬 미끄러짐 |
| 청동(25–40%) | 열전도도 ↑800% | 금속 열 네트워크(k=4.5 W/m·K) |
| 흑연(5%) | 경계 윤활 | 전사 필름 형성 |
복합 밀도 공식:
ρcomp=ρPTFE%PTFE+ρBronze%Bronze100
(최적화된 밀도: 2.8–3.2 g/cm³)
성과 혁신
(ASTM D3702 / ISO 11014 시험 데이터)
| 매개변수 | 순수 PTFE | 25% 청동 | 40% 청동 |
|---|---|---|---|
| 열전도도 | 0.25W/m·K | 2.1 | 4.5 |
| PV 제한 | 0.5MPa·m/s | 0.85 | 1.2 |
| CTE(×10⁻⁶/K) | 120 | 45 | 25 |
| 경도(쇼어 D) | 55 | 68 | 72 |
| 마모(mg/1000회전) | 35 | 9 | 5 |
주요 장점:
- 열 방출: 60% 더 짧은 열 경로로 PTFE 용융 방지(>150°C)
- 치수 안정성: CTE는 금속과 일치합니다(강철 CTE=11.5×10⁻⁶/K)
- 내마모성: 청동 입자는 60% 하중을 견딘다
혁신적인 구조
3중 경사 밀봉 시스템(>20 MPa):
[1차 씰] ┌─40% 청동 ┐ → 압력/열 부하 ├─25% 구배┤ → 응력 완충 [유연 영역] └─순수 PTFE ┘ → 변형 보상동적 밀봉 메커니즘:
- 저압: PTFE 층이 틈새를 보상합니다(18~22% 압축)
- 고압: 청동이 풍부한 층은 압출을 방지합니다(<0.03mm 간격)
- 맥동 하중: 청동 네트워크가 진동을 흡수합니다(↓80% 프레팅 마모)
극한 조건 적용
| 애플리케이션 | 해결책 | 확인 |
|---|---|---|
| 풍력 터빈 피치 실린더 | 30% 청동 PTFE 계단 씰 | PV=0.9 MPa·m/s (-50°C) |
| 사출 성형 장치 | 이중 경사 글라이드 링 | 230°C에서 150k 사이클 이상 |
| 선박 방향타 시스템 | 청동-PTFE + 304SS 백킹 | 35MPa 해수에서 부식 없음 |
유압 시스템 테스트 데이터(35MPa):
| 미터법 | NBR 씰 | 청동-PTFE | 개선 |
|---|---|---|---|
| 누출 | 23.5ml/분 | 0.8 | ↓96% |
| 이탈 마찰 | 4500 북 | 1200 | ↓73% |
| 서비스 수명 | 1,800시간 | 1만 2천 | ↑567% |
제조 공정
경사 압축:
- 파우더 레이어링: 40%→25%→0% 브론즈 그라데이션
- 냉간 압착: 30 MPa @ 80°C (PTFE 섬유화 방지)
- 단계 소결:
- 1단계: 300°C×2h (스트레스 해소)
- 2단계: 380°C×4h (분자 확산)
표면 공학:
- 플라스마 에칭: 표면 다공성 15~20%
- 진공 함침: PFAE 플루오로루브 주입
선택 지침
| 상태 | 추천 | 피하다 |
|---|---|---|
| 압력 변동 | ≥30% 청동 + 압출 방지 링 | 비강화 PTFE |
| >200°C 작동 | ≥40% 청동층 | <15% 청동 함량 |
| 연마 매체 | ≥70 쇼어 D 표면 | 처리되지 않은 표면 |
| >1m/s 왕복 | 3~5% 흑연 첨가 | 건조한 주행 조건 |
차세대 R&D:
- 스마트 씰: 접촉 응력 모니터링을 위한 내장형 FBG 센서
- 생체모방 구조: 벌집 모양의 청동 골격(무게 ↓30%)
- 나노코팅: WS₂/MoS₂ 다층 필름(μ↓ ~ 0.01)
게시 시간: 2025년 7월 18일