Fordele ved siliciumnitrid og Si3n4-kugler

Siliciumnitrid er væsentligt hårdere end mange typer stål, hvilket gør det til det perfekte materiale til anvendelser, der kræver høj styrke og slidstyrke, f.eks. i miljøer med høje temperaturer, der ville smelte eller ødelægge andre materialer.

EV-reduktionsgear har hybridlejer, der består af keramiske kugler og metalbaner, som giver langvarig ydelse med minimale krav til vedligeholdelse og nedetid. Keramiske hybridlejer giver reducerede vedligeholdelsesomkostninger samt hurtigere opsætningstider end deres metalmodstykker.

Modstandsdygtighed over for høje temperaturer

Keramiske kugler af siliciumnitrid kan modstå høje temperaturer, hvilket gør dem til den ideelle løsning i miljøer med kemikalier eller fugt, der kan korrodere metaloverflader, behov for elektrisk isolering (f.eks. elektriske motorlejer) eller simpelthen i miljøer med højpræcisionsmaskiner. Si3n4-kugler har disse fordele, der gør dem til en fantastisk mulighed, når de bruges i industrier, der er afhængige af præcisionsmaskiner.

Siliciumnitridkuglernes lave massefylde gør dem lettere end stål, hvilket reducerer centrifugalkraften under rotation og giver mulighed for højere hastigheder. Denne egenskab gør disse kugler særligt nyttige i applikationer, der kræver hurtige, jævne rotationer - som f.eks. udstyr til fremstilling af halvledere.

Siliciumnitrid er ikke-magnetisk og en elektrisk isolator, som hjælper med at forhindre elektrisk korrosion i elektriske motorer og dermed for tidlig lejesvigt. Desuden har dette materiale lang holdbarhed, hvilket minimerer vedligeholdelses- og reparationsomkostningerne i en maskines levetid. Desuden har si3n4-keramiske kugler en høj brudstyrke, så de kan modstå utilsigtede stød eller vibrationer uden at revne; det reducerer risikoen for skader fra utilsigtede stød eller vibrationer, som ellers kunne beskadige andre lejematerialer.

Høj stivhed

Siliciumnitridkugler udvider sig ikke meget, når de udsættes for varme, hvilket gør dem meget stive og i stand til at bevare deres form selv under stærkt pres. Denne egenskab gør hybridlejer særligt fordelagtige, fordi de hjælper med at reducere friktionstab og effekttab for at forbedre effektiviteten og hastigheden.

På grund af deres overlegne stivhed kan si3n4-kugler også anvendes sikkert i hurtigt roterende systemer uden risiko for skader på grund af deres lave massefylde, som reducerer centrifugalspændingen. Det gør dem perfekte til brug i hybridlejer - især i elmotorer, hvor hyppig rotation ellers kan føre til for tidlig slitage og svigt.

Keramiske kugler af siliciumnitrid fremstilles af råmaterialer med høj renhed, der er blandet med tilsætningsstoffer som yttriumoxid, før de males til små partikler og presses til en sfærisk form gennem enten kold isostatisk presning eller GPS (gastrykssintring), begge processer kræver omhyggelig trykpåvirkning for at undgå fejl, der ville kompromittere produktkvaliteten.

Høj slidstyrke

Siliciumnitrid er et fremragende materialevalg til applikationer, der kræver høj modstandsdygtighed over for friktion, varme, korrosion og magnetiske kræfter. Dets lette egenskaber hjælper med at reducere udskridning under acceleration eller hastigheder, mens dets moderate varmeledningsevne og lave varmeudvidelseskoefficient bidrager til reducerede køleomkostninger.

Siliciumnitrid klarer sig godt sammenlignet med stål; det er både hårdere og sejere. Desuden gør dets modstandsdygtighed over for korrosion det ideelt til elektriske anvendelser; dette materiale bruges ofte til fremstilling af maskiner som f.eks. bearbejdningsværktøjer, komponenter til vakuum- og præcisionsudstyr og lejer, der bruges på centrifugal- og vakuumpumper.

Siliciumnitrid skiller sig ud fra traditionel keramik ved at fungere uden smøring i visse miljøer, hvilket reducerer vedligeholdelseskravene betydeligt og eliminerer risikoen for væskeforurening. Si3N4-lejer med PEEK eller 316 rustfrit stål er velegnede til mange krævende applikationer og kan modstå temperaturer på op til 1200 grader, mens deres høje belastningskapacitet gør det muligt for dem at håndtere højere hastigheder end lejer med bur - hvilket giver større effektivitet til applikationer, der involverer flere bevægelige dele eller tunge dynamiske belastninger.

Lav friktion

Siliciumnitridkugler har lavere friktion end deres modstykker af stål, hvilket gør dem til et fremragende valg til højhastighedsapplikationer. Deres reducerede energitab og slid resulterer i længere lejelevetid med reducerede vedligeholdelsesomkostninger; desuden udvider de sig ikke væsentligt ved varmeændringer, hvilket gør dem velegnede til miljøer, der oplever hyppige temperaturskift.

Tilsætning af GNP'er til Si3N4-keramik forbedrer deres mekaniske egenskaber og tribologiske ydeevne. GNP'er øger hårdheden, trepunktsbøjningsstyrken og brudsejheden, mens brudsejheden forbliver uændret; deres virkning er dog begrænset af dårlig smøring fra faste smøremidler, der stammer fra silicagel.

Forskere har udviklet lithium- og polyureafedt med PAO40-baseolie i et forsøg på at løse dette problem ved at udvikle lithium- og polyureafedt med PAO40-baseolie, der kan forbedre den tribologiske ydeevne for 6204 hybridkeramiske kugler. Deres resultater viste, hvordan fortykningsmorfologien i høj grad påvirkede deres evne til at reducere friktionsmoment og vibrationer - et vigtigt resultat i betragtning af, at smøring ved grænsefladen mellem keramik og fedt er afgørende for at forbedre Si3N4-keramikkens egenskaber.

Ikke-magnetisk

Keramiske kugler af siliciumnitrid er ikke-magnetiske, hvilket gør dem til det ideelle valg til anvendelser, der kræver lave magnetfelter, som f.eks. medicinsk billeddannelsesudstyr som MR-scannere. Deres elektrisk isolerende egenskaber forhindrer elektrisk lysbue under brug, hvilket forlænger lejernes levetid.

Letvægtslejer reducerer centrifugalkraften og sliddet ved høje hastigheder, hvilket sparer energiomkostninger i form af reduceret centrifugalkraft og slidskader på lejerne. Takket være moderate varmeudvidelseshastigheder og lavere friktionskoefficienter kan de køre ved højere temperaturer og samtidig spare på energiomkostningerne.

Traditionel fremstilling af Si3N4-kugler blev udført ved hjælp af slibning og polering med diamantslibemiddel under høje belastninger (op til flere titusinde N/kugle) og temperaturer, hvilket resulterede i ridser, huller og mikrorevner i overfladefinishen. Men takket være den nye magnetorheologiske poleringsteknologi er denne dyre og tidskrævende proces ikke længere nødvendig; med glatte overflader uden skader under overfladen, hvilket forbedrer det færdige produkts holdbarhed og pålidelighed betydeligt. Faktisk er denne nye poleringsmetode allerede blevet anvendt med succes ved fremstilling af funktionel keramik som yttriumoxid-stabiliseret zirkoniumoxid samt funktionel keramik som yttriumoxid-stabiliseret zirkoniumoxid.