近年来，国内外的科研人员很多在努力研究柔性石墨复合垫片，并开发新型密封结构形式，以增强其应用范围和密封性能。当前，主要研究的复合垫片形式主要有金属石墨缠绕式垫片，金属波齿复合垫片和金属接触型石墨垫片。

　　1 金属石墨缠绕式垫片

　　金属石墨缠绕式垫片是柔性石墨复合垫片的典型结构之一。其本体部分是用 V型、 U型或 W型断面的金属缠绕带与石墨缠绕带带在同一芯轴上交替层叠缠绕而成的，可分为带内环、带外环、带内外环的缠绕式垫片，分别适用于不同的法兰密封面，如表 1 所示。钢带主要作为支撑构架，以保证垫片的抗压强度，而石墨带则保证密封的可靠性。石墨缠绕式垫片的主要特点就是能够形成多道密封，压缩回弹性能好，而且可以通过不同结构和工艺参数的选用，适合不同的需求。

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　　国内很多科研人员在石墨缠绕垫片方面做了大量研究工作， 主要包括对垫片密封性能研究和工艺参数及结构的改进。南京工业大学顾伯勤等人对不锈钢柔性石墨缠绕垫片的基本性能和高温性能分别进行了研究，得到了表征垫片压缩回弹特性、 蠕变性能和密封性能的曲线及拟合计算公式，为螺栓法兰连接设计和石墨缠绕垫片的选用提供了依据。吉林化工学院陈庆等则对 V型垫片的结构进行了研究和改进， 通过改变参数进行试验，找出参数对其性能影响的规律性，结果表明: 随着径向压紧力的增大， 回弹率增大， 泄漏率降低，压缩率降低。陈庆之后又在 V 形结构的基础上获得 W 形结构的弹性变形公式， 且验证了W 型石墨缠绕垫片的回弹性能优越于 V 形， 且强度和刚度较大， 在高压、 危险工况、 预紧载荷较大的法兰连接系统条件下使用更加安全可靠。

　　2 金属波齿复合垫片

　　柔性石墨金属波齿复合垫片主要是由是由带多道同心圆波齿的金属骨架和柔性石墨复合而成，其结构型式分为基本型、 带定位环型和带隔条型，基本型垫片的结构及组成如图 1 所示， 图中斜线处为金属骨架， 网格处为柔性石墨层。金属波齿垫片骨架结构有 “V” 形槽、 梯形槽和圆弧形槽 3 种， 齿型可分为对齿和错齿两种形式。柔性石墨波齿复合垫片的金属骨架起主要的支撑作用，当螺栓法兰上施加预紧力，柔性石墨则被压入骨架与法兰的沟槽中，金属骨架的齿尖与法兰接触，进一步压缩时，金属骨架会产生弹性变形，柔性石墨也会进一步被压缩，从而密闭在金属与法兰之间的环形空间里 。这样， 就形成了金属材料和柔性石墨相结合的多重密封。

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　　近年来，广东某有限公司又开发了一种新型双金属自密封波齿复合垫片结构， 该垫片不仅保留了以往柔性石墨金属波齿复合垫片的一系列优异性能，而且具有与普通“强制密封” 型垫片完全不同的“压力自密封” 特性， 其密封性能更为可靠 。其与以往柔性石墨波齿复合垫片的主要区别就在于，双金属自密封波齿复合垫片包含两片金属骨架，通过外圆堆焊融合而形成一个整体。当压力介质进入设备或管道后，介质会渗透到双金属片的缝隙，在两金属片上产生压力，从而形成附加的垫片应力。双金属自密封波齿复合垫片典型结构见图2。

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　　在柔性石墨波齿复合垫片的国内研究方面，主要集中于通过有限元模拟和试验分析等多种方法， 对不同结构参数的垫片力学性能进行研究。华东理工大学蔡仁良等通过实验的方法，分析了柔性石墨覆层密度、 厚度、 金属骨架厚度、 波齿齿距及齿深等多种因素对垫片力学性能的影响。尚庆军和周先军对波齿垫片采用正交试验方法设计了三因素三水平的试验方案，并对垫片及其骨架的压缩回弹性能采用有限元计算和试验方法进行了分析研究。研究结果表明波齿垫片的波数是影响垫片及其金属骨架压缩率、 回弹率的显著性因素。刘宏超等利用有限元法对 3 种不同齿尖厚度进行了对比分析，得出适当的齿尖厚度，能使波齿垫片的承载力得到极大的提高。

　　3 金属接触型石墨垫片

　　随着核电站安全性和可靠性要求的提高， 催生了金属接触型石墨垫片的研制与开发。金属接触型石墨垫片是一种以高性能柔性石墨材料为核心的复合型垫片， 也是柔性石墨复合垫片的最近结构形式。它是将柔性石墨放在一种专门的凹凸型的模具中加工成型后，再将该石墨环嵌放入两不锈钢环之间而制成的密封垫片。该类型垫片的设计基于金属与金属接触的原理， 内外环或其中一个金属环作为限位环，典型结构如图 3。

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　　在规定的螺栓预紧载荷作用下，上下法兰及金属发生接触，从而限制了石墨环的进一步压缩。而金属环通过吸收所有来自管件、热震载荷等的机械应力来保障垫片的密封性能，因而使这种垫片更加适合有温度和压力波动的场合，从而为法兰接头提供可靠的密封和安全保证。这种垫片密封性能非常好，但价格昂贵，常用于核电站的核岛系统等密封要求很高的场合。比较典型的是法国 LATTY 密封件厂生产REFLEX 系列产品[ 26] 。近年来，宁波天生密封件有限公司经过多年的实践和探索， 已经初步具备了核级高纯度柔性石墨材料的生产加工能力，也研制开发了SELEX 系列金属接触型柔性石墨密封垫片，应用于核电站高压蒸汽-水回路，走在了国内核级密封垫片制造厂家的前列。

　　国内对于金属接触型石墨垫片的研究尚不多见，励行根和蔡仁良对此垫片的参数和主要性能进行了试验研究，证明了其具有优良的机械性能和密封性能: 回弹性好( > 26% ) ，应力松弛很少( < 0. 5% ) 、泄漏率很低( < 10 - 7 Pa·m3 /s) ， 同时得出 MMC 垫片应力与垫片石墨部分的石墨密度、 容积和压缩厚度等几何参数和物理性能有关。在同样的石墨容积和压缩厚度下，随着石墨密度的升高，MMC 垫片应力相应提高，回弹率也有所增加，泄漏率减小。在同样的石墨密度和压缩厚度下，石墨容积较大的垫片具有较高的回弹量。

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