- ▸最初の組み合わせ原則は「軟対硬」です。片方のリングが摩耗を受け持ち（軟）、もう片方が形状を保持（硬）することで、故障を予測可能にし交換を管理しやすくします。
- ▸最も汎用的な組み合わせは、含浸カーボングラファイト対反応結合シリコンカーバイドであり、ほとんどの化学ポンプ用途をカバーします。
- ▸高固形分やスラリー用途では、SiC対SiCの硬対硬が例外的に用いられ、十分なフラッシュ潤滑が前提となります。
- ▸清水や低粘度の軽質炭化水素では硬対硬を避けるべきです。薄い潤滑膜とグラファイトの補助がないため、即座に固着する恐れがあります。
- ▸タングステンカーバイド（コバルト/ニッケル結合）は高圧や軽度の固形分に適しますが、コバルト結合剤は特定の酸性やアンモニア含有媒体で腐食することがあります。
シール故障解析で最も多い誤りの一つは、各々優れた顔材を選びながらも誤った組み合わせにすることです。カーボングラファイト、シリコンカーバイド、タングステンカーバイドはいずれも単独では優秀ですが、どちらが摩耗側かによって組み合わせの適否が決まります。本記事では組み合わせの論理、一般的な組み合わせ例、そして4つの禁止事項を解説します。
I. なぜ軟対硬が最優先か
摩耗は犠牲リング側に発生させる必要があります。軟リングは通常カーボングラファイトで、乾摩擦係数は0.04～0.15、圧縮強度は150～300 MPaです。馴染みやすく微小な偏差を許容し、潤滑膜が破れた際には自己潤滑性を発揮します。硬リングは0.0009 mmクラスの平坦度を保持し、媒体の攻撃に耐えます。軟対軟は摩耗が倍増し形状を破壊し、硬対硬はクッションがなくなるため、一時的な乾燥接触が直接ひび割れや固着に繋がります。
II. 一般的な組み合わせと用途
2.1 カーボングラファイト対反応結合SiC
標準的な組み合わせです。シリコンカーバイドは熱伝導性に優れ、耐摩耗性と多くの酸・アルカリに耐性があります。グラファイトリングが摩耗を受け持ちます。化学遠心ポンプやプロセスポンプの標準選択肢で、約3 MPa以下の多くの用途をカバーします。
2.2 カーボングラファイト対タングステンカーバイド
コバルトまたはニッケル結合のWCはやや軟らかいものの靭性が高く、高圧や軽度の固形分に適します。ただし、コバルト結合剤は一部の酸性やアンモニア含有媒体で腐食するため、その場合はニッケル結合またはシリコンカーバイドに切り替えてください。
2.3 SiC対SiC
硬対硬の例外です。高固形分、スラリー、パルプ用途では軟リングが粒子により削り取られるため、両面硬質材を用い十分なフラッシュ潤滑が必要です。この組み合わせは潤滑膜が健全であることが前提で、設定を誤ると急速に故障します。
2.4 カーボングラファイト対アルミナ
軽度の腐食性で清水媒体向けの低コスト代替です。セラミックは脆く熱衝撃で割れやすいため、高圧用途には推奨されません。
III. 4つの禁止事項
1.清水や低粘度軽質炭化水素で硬対硬を使わないこと：潤滑性が低くグラファイトの補助がないため、一度の乾燥で固着する恐れがあります。
2.グラファイト対グラファイトを避けること：両面が摩耗し平坦度が急速に崩れ、漏れが制御不能になります。
3.含浸材と媒体を不適合にしないこと：フラン樹脂は酸・アルカリに対応し、PTFEはほぼ全てに対応しますが、誤った含浸材は軟リングを化学的に破壊します。
4.硬さだけで判断しないこと：熱伝導率が約20 W/(m·K)未満の硬質材は高速での局所過熱を拡散できず、熱割れリスクが高まります。
IV. 判断の順序
まず媒体とその潤滑性を確定します。これが硬対硬の可否を決定します。次に固形分含有量を確認し、軟リングの生存可能性を判断します。最後に温度と圧力を考慮し、含浸タイプとバランス比を決定します。Huahao Sealingは図面対応のカーボンおよび含浸カーボングラファイトリングを製造し、軟リング材質や含浸に関するアドバイスを提供します。2024年8月に開始したCTEオンライン選定システムは熱的マッチングパラメータの検証に役立ちます。