Principes van materiaalontwerp
Het CuSn6 brons-PTFE composiet bereikt synergetische prestaties:
| Onderdeel | Functie | Mechanisme |
|---|---|---|
| PTFE-matrix | Chemische inertie / Lage wrijving (μ=0,02–0,1) | Moleculaire ketenverschuiving |
| Brons (25–40%) | Thermische geleidbaarheid ↑800% | Metaalwarmtenet (k=4,5 W/m·K) |
| Grafiet (5%) | Grenssmering | Vorming van de overdrachtsfilm |
Formule voor samengestelde dichtheid:
ρcomp=ρPTFE%PTFE+ρBrons%Brons100
(Geoptimaliseerde dichtheid: 2,8–3,2 g/cm³)
Prestatiedoorbraken
(ASTM D3702 / ISO 11014 testgegevens)
| Parameter | Zuivere PTFE | 25% Brons | 40% Brons |
|---|---|---|---|
| Thermische geleidbaarheid | 0,25 W/m·K | 2.1 | 4.5 |
| PV-limiet | 0,5 MPa·m/s | 0,85 | 1.2 |
| CTE (×10⁻⁶/K) | 120 | 45 | 25 |
| Hardheid (Shore D) | 55 | 68 | 72 |
| Slijtage (mg/1000 omw.) | 35 | 9 | 5 |
Belangrijkste voordelen:
- Warmteafvoer: 60% kortere thermische weg voorkomt smelten van PTFE (>150°C)
- Dimensionale stabiliteit: CTE komt overeen met metalen (staal CTE=11,5×10⁻⁶/K)
- Slijtvastheid: Bronsdeeltjes dragen 60% van de belasting
Innovatieve structuur
Drievoudig gradiënt afdichtingssysteem (>20 MPa):
[Primaire afdichting] ┌─40% brons ┐ → Druk-/thermische belasting ├─25% helling┤ → Spanningsbuffering [Flexibele zone] └─Zuiver PTFE ┘ → DeformatiecompensatieDynamisch afdichtingsmechanisme:
- Lage druk: PTFE-laag compenseert openingen (18–22% compressie)
- Hoge druk: Bronsrijke laag is bestand tegen extrusie (<0,03 mm spleet)
- Pulserende belastingen: Bronzen netwerk absorbeert trillingen (↓80% fretting slijtage)
Toepassingen onder extreme omstandigheden
| Sollicitatie | Oplossing | Verificatie |
|---|---|---|
| Windturbine-spoedcilinders | 30% bronzen PTFE trapafdichtingen | PV=0,9 MPa·m/s bij -50°C |
| Spuitgietunits | Glijringen met dubbele gradiënt | >150k cycli @ 230°C |
| Scheepsroersystemen | Brons-PTFE + 304SS-rug | Geen corrosie bij 35 MPa zeewater |
Testgegevens hydraulisch systeem (35 MPa):
| Metrisch | NBR-zegel | Brons-PTFE | Verbetering |
|---|---|---|---|
| Lekkage | 23,5 ml/min | 0,8 | ↓96% |
| Afbrekende wrijving | 4500 N | 1200 | ↓73% |
| Levensduur | 1.800 uur | 12.000 | ↑567% |
Productieproces
Gradiëntverdichting:
- Poederlaag: 40%→25%→0% bronsverloop
- Koud persen: 30 MPa @ 80°C (voorkomt PTFE-fibrillatie)
- Stapsgewijs sinteren:
- Fase 1: 300°C×2u (spanningsverlichting)
- Fase 2: 380°C×4u (moleculaire diffusie)
Oppervlaktetechniek:
- Plasma-etsen: 15–20% oppervlakteporositeit
- Vacuümimpregnatie: PFAE-fluorolube-infusie
Selectierichtlijnen
| Voorwaarde | Aanbevolen | Voorkomen |
|---|---|---|
| Drukschommelingen | ≥30% brons + anti-extrusiering | Onversterkte PTFE |
| >200°C werking | ≥40% bronzen laag | <15% bronsgehalte |
| Schurende media | ≥70 Shore D-oppervlak | Onbehandelde oppervlakken |
| >1 m/s heen en weer gaande beweging | 3–5% grafiettoevoeging | Droogloopomstandigheden |
R&D van de volgende generatie:
- Slimme afdichtingen: ingebouwde FBG-sensoren voor het bewaken van contactspanning
- Biomimetische structuren: Honingraatbrons skelet (↓30% gewicht)
- Nanocoatings: WS₂/MoS₂ meerlaagse films (μ↓ tot 0,01)
Plaatsingstijd: 18-07-2025