机械密封是流体机械和动力机械中不可缺少的零部件,广泛应用泵、压缩机和搅拌器等旋转设备。动、静环端面摩擦副是主要密封面,是决定机械密封摩擦、磨损、密封性能和使用寿命的关键。为了改善机械密封端面摩擦副的摩擦性能,人们将表面织构技术应用于密封环端面,通过在密封面加工出具有规则分布的微小凹腔和宏观凹槽,实现减小端面摩擦副的摩擦力和磨损量,提高机械密封的密封性能和使用寿命。　　 本文首先从理论方面进行研究,忽略了密封环的周向不均匀性、表面粗糙度及密封环的变形等因素,考虑密封端面间润滑液膜空化现象和流体动、静压的相互影响,建立了端面具有规则微凹腔织构分布的机械密封理论分析模型。利用多重网格法求解密封端面间液膜的膜压分布,以密封面的开启力为评价标准,分析了工况参数和微凹腔的几何参数对密封性能的影响。结果表明:密封端面间隙、转速、介质粘度、微凹腔深径比和半径对开启力的影响较大。开启力随着密封间隙的增大而减小,随着转速和介质粘度的增大而增大。存在最优的深径比使开启力达到最大,且最优的深径比随着微凹腔半径的增大而减小。微凹腔的面积密度在5%～40%的范围内对开启力的影响较小,存在最优的面积密度使开启力达到最大。　　 采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光器,利用“单脉冲同点间隔多次”激光加工工艺,对碳化硅机械密封试样端面进行激光表面微织构的加工工艺试验研究,分析了泵浦电流、脉冲重复频率、脉冲重复次数和扫描速度等激光加工工艺参数对微凹腔和微凹槽织构的几何形貌参数与加工质量的影响。结果表明,通过优化激光加工工艺参数组合,可以加工出较优的微观几何形貌。　　 基于理论分析和激光加工工艺试验研究的基础上,本文在机械密封计算机辅助试验装置上,考察了微凹腔织构对机械密封摩擦性能的影响。研究结果表明,在相同的条件下与普通机械密封相比,激光表面微凹腔织构机械密封的摩擦扭矩均有不同程度减小,特别是在密封介质压力较低、转速较高的工况下。　　 针对激光加工机械密封环表面宏观上游泵送槽效率低的问题,本课题研究了密封环表面泵送槽的快速成型工艺,即结合现有成熟的SiC密封环烧结工艺,利用凸模压制工艺,在密封环表面进行一次性快速泵送槽成型。论文最后对密封环端面上游泵送槽快速成型进行了工艺试验研究,初步制备了上游泵送机械密封。