机械密封是一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装置，在石油化工、电力、核能等工业部门中使用广泛。机械密封性能主要包括密封特性和摩擦特性。机械密封在摩擦磨损过程中，密封端面的空穴率发生着变化。正确测量统计端面空穴率有利于进一步开展密封特性和端面摩擦特性研究；探讨磨合阶段端面空穴率与摩擦特性参数之间的关系，有利于机械密封端面的优化设计和加工方法的合理选择。本文主要开展了如下几个方面的研究工作： 1．总结了机械密封摩擦特性和密封特性的研究历史及现状，探讨了机械密封端面空穴率测量统计及摩擦特性研究的意义。比较了现有接触式机械密封泄漏特性的研究方法，提出基于数字图像相关技术的机械密封端面形貌测量方法。 2．介绍了数字图像处理和数字图像相关方法的基本原理和三维形貌测量与表征方法，比较了以触针方法为典型代表的接触式测量方法、以光学测量法为代表的非接触测量法以及介于两者之间的扫描探针显微镜三种形貌测量方法。基于数字散斑相关方法提出三维立体重建的计算公式，并采用CCD及计算机处理系统进行了实验验证。研究表明本文所用的数字图像相关方法及程序所计算出的结果与实际情况基本吻合，可以用于三维形貌的测量。 3．进行了机械密封端面空穴率测量统计及摩擦特性研究。通过金相显微镜、摩擦磨损实验机和投影立式光学计，对工作在32号润滑油中、端面比载荷为500N的GY70机械密封的端面空穴率、摩擦系数、磨损量和摩擦力矩等参数进行了测量与统计，得出了空穴率与时间、摩擦系数、磨损量和摩擦力矩的变化关系曲线。实验结果表明，密封端面上面积小于30μ㎡的空穴占有率较高，大于30μ㎡的空穴占有率较低；在摩擦磨损过程中面积小于30μ㎡的空穴占有率渐渐减少，面积大于30μ㎡的空穴占有率变化不大。对于整个密封端面而言，空穴率随磨合过程的不断进行而升高。随着空穴率的升高，磨损量逐渐增大，而摩擦系数和摩擦力矩除在最初的一段时间内表现为下降外，之后便呈明显的上升趋势。因此，考虑空穴率大对加工方法要求低和初始端面摩擦扭矩对启动的影响，应将密封端面的空穴率设计为41．5％。