Надійність та ресурс контактних ущільнень визначається головним чином фізико-механічними властивостями матеріалів пар тертя. Пари тертя повинні мати мінімальний коефіцієнт тертя та низьку швидкість зношування, високу теплопровідність і термоміцність, низький температурний коефіцієнт лінійного розширення, стійкість проти задирання, схоплювання та корозії. Перелічені вимоги значною мірою задовольняють антифрикційні матеріали на основі вуглецю. Коефіцієнт теплопровідності цих матеріалів в 2-4 рази більше, а коефіцієнт лінійного розширення в
2-3 рази менше, ніж у чорних металів; вони легко переносять термічні удари, здатні до самозмащування та мають низький коефіцієнт тертя.
Для торцевих ущільнень в основному використовують штучні вуглеграфітові матеріали, які одержують з нафтового коксу шляхом термообробки, подрібнення та пресування. Використовують також антрацит, пековий кокс та сажу. В якості зв'язувального матеріалу застосовують кам'яновугільний пек та смоли. Для підвищення антифрикційних властивостей додають природний очищений графіт [21].
Після випалення (1200-1300°С) пресованих заготовок кілець одержують обпалений вуглець (АО - антифрикційний обпалений вуглеграфіт). При випаленні випаровуються леткі складові пеку та утворюються пори, об'єм яких досягає 20-40 % об'єму матеріалу; розміри пор 0,01-5мкм. Додаткове випалення заготовок при температурі 2300-2600°С викликає рекристалізацію вуглецю та переводить частину аморфного вугілля в графіт, у результаті одержують графітірований вуглеграфіт (АГ).
Для зменшення пористості та підвищення експлуатаційних якостей вуглеграфітів їх просочують металами, термостійкими смолами, кремнієм, фторопластами і т.д. Випалені та графітизовані вуглеграфіти АО-1500-СО5 та АГ-1500-СО5 просочені сплавом свинцю (95 %) та олова (5 %), а АГ-1500-Б83 та АГ-1500-Б83 - бабітом. Гранично допустимі температури в зоні тертя 300 та 200 °С відповідно для просочень СО5 та Б83. Перевищення цих температур приводить до виплавлянню металу, просочення та порушенню герметичності. Обпалений вуглеграфіт 2П-1000-Ф просочений фенолформальдегідною смолою (допустима температура 140°С). Просочення синтетичною смолою зменшує небезпеку задирання при підвищеному контактному тиску. Обпалений антифрикційний матеріал химаніт-Т виготовляють методом суміщеного пресування та випалення з подальшим просоченням фурфуриловим спиртом та термообробкою при 300°С. Матеріал має високу термостійкість (до 300°С) та малий коефіцієнтом тертя, що забезпечує його працездатність при швидкостях ковзання до 25 м/с і контактному тиску до 8 МПа [11].
Для ущільнень з високим та надвисоким ступенем навантаження (табл. 1) частіше за все використовують силіційований графіт [22], який одержують просоченням пористого графіту розплавленим кремнієм. У процесі просочення у результаті взаємодії кремнію з вуглецем утворюється карбід кремнію. Частина кремнію та графіту залишається не зв'язаною, тому силіційований графіт являє собою трикомпонентну систему. Фаза карбіду обумовлює високі фізико-механічні показники та хімічну стійкість, а вільний графіт - антифрикційні властивості [23]. Силіційовані графіти СГ-М, СГ-П, СГ-Т розрізняються змістом фази карбіду (у порядку зростання) та відповідно твердістю і зносостійкістю. Недоліком цих матеріалів є крихкість (зростає із збільшенням твердості), а також те, що вони піддаються обробці тільки алмазним кругом на шліфувальних верстатах.
Менш крихкі боросиліційовані графіти БСГ-30 та БСГ-60, що розрізняються пористістю початкового графіту ПРОГ-2400: 30 % для БСГ-30 та 60 % для БСГ-60. Ці графіти також обробляються лише шліфуванням алмазним кругом.
Кращим з силіційованих графітів є алюмокарбідкремнієвий графіт ГАКК 55/40, який обробляється на металорізальних верстатах твердосплавними різцями. Матеріал допускає короткочасну роботу насухо, коефіцієнт сухого тертя 0,05-0,1.
Поверхні тертя ущільнювальних кілець з вуглецевих матеріалів доводять на скляних та чавунних притирах алмазними пастами, алмазними порошками або порошками карбіду бору. Шорсткість контактних поверхонь після доведення Ra = 0,025-0,1 мкм, неплощинність не більше 0,9 мкм.
Основні фізико-механічні характеристики антифрикційних вуглецевих матеріалів наведені в таблиці 8.