粗糙表面的氣體密封性能研究探討

摘要：隨著我國國家經濟與現代工業的發展，氣體密封技術工程在工業生產中發揮著越來越重要的作用。同時，氣體密封的可靠度對尖端武器運行的安全性和可靠性也越來越關鍵。本文主要是從粗糙表面形貌的測量、粗糙表面的計算機模擬與氣體密封間隙流動的數值模擬以及粗糙表面形貌對氣體密封性的影響三大方面來對粗糙表面的氣體密封性能這一課題進行相關的研究，希望能促進氣體密封性這一工程在我國現代工業中的運用，以防止氣體泄漏現象對工業生產和武器設備運行帶來的損失。

關鍵詞：粗糙表面；氣體密封性；數值模擬

0.引言

隨著社會發展的進步，高密封性能的氣體在國防工業和現代工業發展中的重要性越來越突出。要想實現國防工業高安全性的要求以及現代工業的高質量發展，必須要對氣體的泄漏率有明確的規定。當期我國對氣體密封性的保持主要是通過采取模量差別較大的兩種材料以及采用貴金屬面進行直接密封兩種方式。而這兩種密封方式的應用都要求我們對密封面的粗糙度以及相關的技術參數和密封的載荷關系進行相關的研究。因此，筆者認為，對粗糙表面的氣體密封性能這一課題進行研究對我國當前國防工業的應用與現代工業技術的發展具有非常重要的實際意義。

1.粗糙表面形貌的測量

對粗糙表面的氣體密封性能進行研究首先需要對粗糙表面進行精度的測量，以利于接下來氣體密封性的數值模擬。具體來說，當前主要有兩種測量的技術：

1.1.SEM技術。即掃描電子顯微鏡技術，主要由四個部分組成：電子槍、聚光單元、掃描單元、探測單元[1]。首先是由電子槍來發射電子，并且在微區內呈現出散射的形狀；其次，在陰陽極的加速電壓下，電子束射向鏡筒并組成聚光單元，且這些束流的電子探針會到達樣品的表面；接下來這些樣品表面的電子會和樣品表面的原子產生碰撞，產生電壓信號，且通過對電子束的控制來對樣品的表面進行掃描；最后，樣品表面的信息在經過探測單元的相關處理后會在顯示器上形成樣品的圖像。

1.2.AFM技術。即原子力顯微鏡。這種測量技術主要是通過被測的樣品和探針之間的原子力來進行物質表面形貌信息的獲取[2]。先將彈性微懸臂的一端進行固定，另一端保持一個微小的針尖，通過樣品的表面和針尖的接觸來對樣品進行掃描。再通過光學的檢驗法來獲得微懸臂在掃描點上的位置，以此來獲得樣品的表面形貌。

2.粗糙表面形貌對氣體密封性的影響

由以上的數據計算與數據分析我們可以得出粗糙表面形貌與氣體密封性的具體關系，并得出以下一些結論，這些結論在粗糙表面氣體密封性能的相關工程具有非常重要的應用價值：

2.1.密封面的密封壓力相當于氣膜的平均壓力與粗糙面的接觸壓力之和，因此，當膜厚比較小時，密封的壓力主要是決定于粗糙度的接觸壓力，如果粗糙度的接觸壓力影響比較小，則氣膜的壓力影響就會更大[3]；

2.2.可以通過適當地減少密封接觸面的寬度來提高氣體密封的質量，但是要注意如果密封的寬度過于小的話不但會降低密封的可靠度，也可能會破壞整體的結構，因此，在實際的工程應用中，求取最優化的密封面寬度非常重要[4]；

2.3.由以上可知，在獲取了密封件的表面的粗糙形貌之后，我們就可以大致地了解其具體的密封性能，因此，在知道要滿足的密封性能的相關指標以后，我們也可以反過來對密封件的表面進行具體的設計，以滿足相關的工程需要。

3.結語

由以上可以看到，氣體密封性能在當前我國工業的發展中具有非常重要的應用價值。而針對當前我國氣體密封性的應用現狀，筆者認為建立一套科學合理的計算機與數值模擬，針對粗糙表面形貌對氣體密封性的影響進行深入的分析是非常必要的。

參考文獻：

[1]尹必峰，盧振濤，劉勝吉，符永宏，王勻.缸套表面織構潤滑性能理論及試驗研究[J].機械工程學報，2012（21）.

[2]田紅亮.機械結構固定結合部虛擬材料的動力學建模[J].華中科技大學，2011（03）.

[3]陳輝，陳海波，胡元中，王慧.三維粗糙表面的計算機生成及其紋理控制[J].潤滑與密封，2009（08）.

[4]劉丁華，魏超.螺旋槽端面密封的剛度特性[J].排灌機械工程學報，2011（06）.