Keramiske kugler af siliciumnitrid

Keramiske kugler af siliciumnitrid er en fremragende løsning til applikationer, der kræver præcision og stabilitet i højhastighedsmiljøer, samtidig med at de er modstandsdygtige over for varme og ikke udvider sig, som metaller kan. Deres ikke-ætsende natur gør dem gode til rumfartsudstyr, der arbejder under fjendtlige forhold, samt til alt udstyr, der arbejder med ætsende stoffer.

Slibning og lapning med diamantslibemidler bruges ofte til at polere keramiske dele, men denne proces kan skabe overfladefejl som ridser, mikrorevner og huller, der kompromitterer pålideligheden.

Hårdhed

Siliciumnitridkeramik er en af de stærkeste og hårdeste tekniske keramikker med ekstremt hårde overflader med lav massefylde, der modstår høje temperaturer, samtidig med at den er elektrisk isolerende og ikke-magnetisk - egenskaber, der gør den velegnet til lejedele, der arbejder i barske miljøer med høje hastigheder eller krav om korrosionshæmning.

Si3N4's hårdhed kan måles med enten Vickers- eller Rockwell-metoden, som måler den belastning, der er nødvendig for at skabe en fordybning på en overfladeprøve. Når der påføres mere kraft, opstår der flere fordybninger; jo højere score, desto større hårdhed. Det har næsten dobbelt så stor trækstyrke som stål og har en lav varmeudvidelseskoefficient.

Si3N4-kuglernes kemiske inerti gør dem i stand til at modstå mange typer ætsende materialer, hvilket gør dem velegnede til marine og kemisk procesudstyr. Deres ikke-magnetiske egenskaber hjælper med at undgå elektriske lysbuer, som forkorter lejernes levetid.

ZYS keramiske kugler af siliciumnitrid produceres ved hjælp af avancerede fremstillingsteknikker som spraytørringsgranulering, kold isostatisk trykstøbning, netstørrelsesstøbning, GPS HIP-sintring og højeffektiv slibning. Dette sikrer, at de opfylder G5-præcision (GB/T308 2002) og klasse 1-materialekvalitet - ideelt til hybridkeramiske og fuldkeramiske rullelejer i krævende miljøer, hvor de giver fordele i form af lav friktion, selvsmøring og stivhed, som gør dem til omkostningseffektive alternativer til stållejer.

Modstandsdygtighed over for korrosion

Siliciumnitridkeramik er meget korrosionsbestandigt, hvilket gør det til et fremragende valg til cykelkomponenter, der udsættes for vand og barske vejrforhold. Desuden betyder deres lave vægt mindre rotationsmasse og forbedret cykelydelse generelt. Desuden har keramiske kugler lave friktionsniveauer for reduceret modstand over tid, hvilket forlænger deres levetid i dine komponenter.

Keramikkens kemiske inerti gør dem til et ideelt materiale til kemisk procesudstyr. Keramik bevarer også styrke og hårdhed ved højere temperaturer, hvilket gør dem velegnede som lejemateriale i elektriske motorer. Desuden er keramik ikke-magnetisk, hvilket gør det anvendeligt i miljøer, hvor magnetisk interferens ellers kunne give problemer.

Disse egenskaber gør keramik til et fremragende valg til højhastighedsapplikationer, hvor deres lavere tæthed reducerer centrifugalkræfterne og gør det muligt for dem at arbejde ved højere hastigheder end traditionelle metallejer. Desuden garanterer deres lave varmeudvidelse en nøjagtig tilpasning til akslen, samtidig med at de begrænser mellemrum, der kan kompromittere præcisionen.

Siliciumnitridkeramik har forskellig korrosionsbestandighed afhængigt af fremstillingsmetoden, hvor spraytørring og varmpresning er blandt de bedste metoder til fremstilling af dette keramiske materiale. Gastryksintring (GPS) eller varm isostatisk presning (HIP) bruger gas som medium til at overføre tryk, hvilket giver stærkere produkter, der modstår korrosion mere effektivt.

Selvsmørende egenskaber

Siliciumnitridkeramik bruges i vid udstrækning til tekniske keramiske anvendelser som f.eks. fuldkeramiske lejer. Disse lejer bruger keramisk materiale i både kugler og løbebaner for at kunne modstå højere temperaturer og korrosion end stållejer, samtidig med at de har overlegne anti-friktions- og selvsmørende egenskaber samt oliefattig eller oliefri tørfriktionsydelse uden yderligere krav til smøring. Desuden er disse lejer ikke-magnetiske og isolerede, hvilket gør dem til en fremragende løsning, når elektromagnetisk interferens er et problem.

Fuldkeramiske kuglers evne til at smøre sig selv gør dem til et fremragende valg til højhastighedsapplikationer, da det reducerer centrifugalkraften forårsaget af roterende dele. Desuden kan disse kemisk inerte kugler tåle de fleste ætsende kemikalier - en fordel i miljøer som f.eks. kemisk procesudstyr, hvor korrosion kan give problemer.

I denne undersøgelse blev Si 3 N 4 -Ta-laminater evalueret ved hjælp af et kugle-på-skive-tribometer. Normalbelastningen og den oprindelige overfladefinish af støbejern på hver glideflade blev varieret for at etablere optimale betingelser for dannelse af selvsmørende grafitfilm på Si 3 N 4 -Ta-grænseflader. Resultaterne viste, at selvsmørende keramik fra dette par kunne opretholde lav friktion i 1400 timer under en belastning på 50 N i vakuummiljøer med et tryk på mellem 10-7 og 10-6 Pa.

Slidstyrke

Siliciumnitrid er et usædvanligt hårdt materiale, der modstår slitage i miljøer med høj belastning, hvilket gør det velegnet til anvendelse i værktøjsmaskiner, tandlægebor og spindler i værktøjsmaskiner. På grund af sin styrke tåler siliciumnitrid også høje hastigheder i spindler til værktøjsmaskiner eller tandlægebor, mens dets elektrisk isolerende egenskaber forhindrer lysbuer og forlænger lejernes levetid i elektriske motorer. Den kemiske inerti gør siliciumnitrid ideelt til brug i miljøer med korrosion.

Si3n4-kuglernes lave friktionskoefficient reducerer energitab og øger effektiviteten, hvilket sænker driftsomkostningerne for højhastighedssystemer betydeligt. Deres høje elasticitetsmodul gør det også muligt for dem at genskabe deres oprindelige form, når deformerende kræfter fjernes, hvilket øger levetiden for systemer, der kræver præcision og pålidelighed.

Siliciumnitrid har enestående mekaniske og termiske egenskaber, men dets dårlige tribologiske ydeevne, når det glider mod stål i hybridkeramiske kuglelejer, skyldes mangel på faste smøremiddellag i kontaktfladen. Målinger med konfokal Raman-spektroskopi viser imidlertid, hvordan tilsætning af FL-GNP'er fører til dramatiske forbedringer af Si3N4-kompositters tribologiske ydeevne; slidhastigheden reduceres over 20 gange, mens friktionskoefficienten falder til næsten det halve; dette svarer til billeder fra optisk mikroskopi, der viser slidspor - i fuld overensstemmelse med billeder fra optisk mikroskopi, der også viser slidspor. Vickers-hårdhed, trepunktsbøjningsstyrke og brudstyrke for Si3N4-kompositter forbliver intakte!