炭化ケイ素と炭化タングステンは、 メカニカルシール 産業機器において、シリコンカーバイドは耐食性に優れ、清浄な流体で優れた性能を発揮します。一方、タングステンカーバイドは優れた靭性を備え、汚れた環境でもより効果的に機能します。どちらを選ぶかは、流体の種類、動作条件、予算の制約など、お客様の具体的な用途要件によって異なります。
材料特性
| プロパティ | 炭化ケイ素（SiC） | 炭化タングステン (WC) |
|---|---|---|
| 硬度（モース） | 9～9.5（非常に難しい） | 8.5～9（非常に難しい） |
| 密度（g /cm³） | 約3.1（軽量） | 約14.5～15.6（非常に高密度） |
| 熱伝導率 | 約120～160 W/m·K（高） | 約85～110 W/m·K（中～高） |
| 熱膨張 | 約4.0 × 10^−6/°C（低温） | 約5.5 × 10^−6/°C（それ以上） |
| 圧縮強度 | 約3900 MPa（非常に高い） | ≥5000 MPa（非常に高い） |
| 破壊靭性 | 低い – 脆い（衝撃強度が低い） | 高いほど丈夫（衝撃に強い） |
| 化学的不活性性 | 不活性セラミック（優れた耐腐食性） | 金属結合炭化物（良いが、結合剤が腐食する可能性がある） |
| 最大使用温度 | 約1500～1800℃（極度の高温でも強度を維持） | 約¹1000 °C（バインダーにより使用温度の上限が制限されます） |
耐摩耗性
炭化ケイ素と炭化タングステンカーバイドはどちらも優れた耐摩耗性で高く評価されています。その極めて高い硬度により、カーボンやステンレス鋼などの柔らかいフェース素材よりもはるかに優れた耐摩耗性を発揮します。
しかし、炭化ケイ素の優れた硬度（モース硬度約9.5）は、摩耗条件において優位性を発揮します。炭化ケイ素は、タングステンカーバイド（モース硬度約8.5～9）よりも耐擦傷性と耐摩耗性に優れています。スラリーや砂の多い用途では、SiC シール面 摩耗が最小限に抑えられる傾向があります。タングステンカーバイドは、わずかに柔らかいものの、「極めて硬い」（ダイヤモンドのすぐ下にランク付けされる）素材であり、耐摩耗性に優れています。
タングステンカーバイドが特に優れた性能を発揮するのは、衝撃、曲げ、または粒子の衝突を伴う状況です。WCはより強靭で脆性が低いため、一時的な機械的衝撃（キャビテーション、振動機器、または偶発的に発生する硬い粒子など）による欠けや割れが発生しにくいです。例えば、研磨スラリーポンプでは、大きな粒子や不規則な粒子がSiCの表面に脆性破壊を引き起こす可能性がありますが、タングステンカーバイドの表面に衝撃が加わっても耐えられる可能性があります。
耐食性
炭化ケイ素は化学的に不活性で、ほとんどの酸、アルカリ、溶剤とは反応せず、高温で不動態シリカ層を形成するため、耐腐食性が高くなります。
一方、炭化タングステンは金属炭化物複合材料であり、その腐食挙動はバインダー金属に大きく依存します。炭化タングステンは比較的不活性（高温のHF/HNO₃混合液のような強力な酸化剤を除き、ほとんどの化学物質に対して耐性があります）ですが、一般的なコバルトバインダーは酸や特定の化学物質による攻撃を受けやすい傾向があります。
化学的適合性
シリコンカーバイドは化学的に不活性であるため、強酸（硫酸、塩酸、硝酸）、苛性アルカリ（水酸化ナトリウム）、溶剤、酸性炭化水素（高 H₂S 含有量）、海水など、非常に広範囲の流体と適合します。
タングステンカーバイドは多くの流体にも耐えられますが、注意点があります。中性または軽度の腐食性流体（多くの油、中性に近いpHの水、炭化水素混合物など）は、一般的にWCに適しています。ただし、強酸、塩水、酸化性化学物質はWCにとって問題となる傾向があります。
潤滑
SiCとWCはどちらも、面間に少なくとも薄い流体膜が存在する場合に最高の性能を発揮しますが、SiCの特性は潤滑状態が悪い場合に有利です。SiCはもともと摩擦係数が低く熱伝導率が高いため、潤滑が不十分な場合でも、より低温で摩擦が少なく動作します。実際、炭化ケイ素は潤滑性が低い用途や、断続的な空運転にもしばしば使用されます。
高温性能
シリコンカーバイドは非常に高い温度（約1600～1800℃まで材料安定性を維持）に耐えることができ、ほとんどのシール用途の限界をはるかに超えています。実用的には、SiC面は他の多くの部品（エラストマー、金属部品）が故障するような温度でも動作可能です。
炭化タングステンも高融点材料（融点約2780℃）ですが、高温ではバインダーによって拘束されます。コバルトやニッケルのバインダーは、数百℃で軟化したり強度を失ったりすることがあります。
高圧性能
炭化タングステンは、高い密度と高い弾性率により、ひび割れや変形を生じることなく、高い油圧に耐えることができます。WCは、より高密度で強靭な構造により、SiCよりも優れた極圧耐性を発揮します。
炭化ケイ素は圧縮強度に非常に優れていますが、脆く、圧力誘起応力によって引張荷重または曲げ荷重が破壊靭性を超えると破損する可能性があります。さらに、WCは圧力ショックや振動に対してより安全に対応します。急激な圧力上昇によってWC面が破損する可能性は、SiC面よりも低いからです。
一般的な産業用途
- 石油・ガス（上流掘削、水圧破砕）： タングステンカーバイド （泥の中での衝撃と摩耗、高圧）
- 石油精製/石油化学: シリコンカーバイド 多くのサービスでは腐食性媒体、高温、一部の高圧洗浄サービスではWC
- 化学処理： シリコンカーバイド （酸、溶剤、腐食性物質）
- 鉱業およびスラリーポンプ： タングステンカーバイド （極度の摩耗、衝撃）
- 水処理（攻撃的な水や汚れた水）: シリコンカーバイド （腐食、砂による摩耗）；清水または軽度のサービスではWCも使用される
- 発電： のミックス WC （高圧供給ポンプ）と SiC （高温または攻撃的な水）システムに応じて
- 医薬品/食品: シリコンカーバイド （不活性、衛生的）
費用
タングステンカーバイドシールは初期費用が高くなる傾向があります。SiC面が割れて交換が必要になるような状況でも、WC面であれば継続使用が可能で、平均メンテナンス間隔を延ばすことができます。
一方、シリコンカーバイドシールは、初期費用が安く、摩耗や化学的な攻撃に対する耐性が非常に高いため、理想的な条件下では（最小限のメンテナンスで）非常に長い耐用年数を実現できます。
