Keramiske kugler af siliciumnitrid

Keramiske kugler af siliciumnitrid har høj hårdhed, lav massefylde og overlegen overfladefinish for at reducere friktion i lejer og mindske friktionstab. Desuden kan disse kugler modstå højhastighedsoperationer uden at blive slidt hurtigt, samtidig med at de er modstandsdygtige over for kemikalier og opløsningsmidler.

I denne undersøgelse blev CMRF anvendt til at polere Si3N4-keramiske kugler med overfladefinish på G5-niveau ved hjælp af forskellige poleringsparametre for at finde optimale betingelser for at reducere overfladeruhed og sfærisk fejl.

Hårdhed ved høje temperaturer

Keramiske kugler af siliciumnitrid har en overlegen hårdhed i forhold til andre materialer, hvilket betyder, at de kan udholde store belastninger uden at gå i stykker eller blive deformeret under pres. Derfor er disse keramiske kugler et fremragende valg til brug i krævende miljøer som f.eks. højhastighedsapplikationer, kemisk eksponering og varme temperaturer.

Keramiske kuglelejer har høj hårdhed og en effektiv lav friktionskoefficient, hvilket hjælper med at reducere energiforbruget og varmeudviklingen i bevægelige systemer. Deres kombination med korrosionsbestandighed gør keramiske kuglelejer til et fremragende valg til præcisionsmaskiner, halvlederudstyr og medicinsk udstyr.

Højtydende si3n4-keramik kan modstå en række kemikalier, fra stærke syrer til alkalier og havvand, hvilket gør dem velegnede til kemiske processystemer som reaktorer og pumper.

Disse kuglelignende keramiske komponenter produceres ved hjælp af innovative fremstillingsprocesser, såsom spraytørringsgranulering, kold isostatisk presning og præcisionsstøbning. Når de er færdige, sintres og slibes de for at opnå ensartet størrelse og sfærisk nøjagtighed til brug som erstatning for stål- eller sfæriske metallejer i hybrid- eller fuldkeramiske lejer.

Disse højtydende keramer er blevet grundigt evalueret ved hjælp af Rockwell-mikrohårdhedstest, hvor resultaterne rapporteres som HV10 eller HV20; jo lavere tallet er, jo hårdere er materialet. Testresultaterne kan derefter sammenlignes med lignende materialer som f.eks. rustfrit stål for at vurdere, om en bestemt keramik kan passe til en anvendelse.

Letvægt

Si3n4-keramiske kuglers letvægtskonstruktion reducerer rotationsmassen og øger den samlede cykelydelse. Desuden forlænger deres modstandsdygtighed over for korrosion og slitage deres levetid yderligere; derfor kræver cykelkomponenter mindre vedligeholdelse og reparation sammenlignet med traditionelle stålkugler, hvilket hjælper med at sænke driftsomkostningerne og spare penge over tid.

Disse kugler er ikke-ledende og ikke-magnetiske, hvilket gør dem perfekte til anvendelser, der kræver elektrisk isolering. Deres kemiske stabilitet og biokompatibilitet gør dem også velegnede til medicinsk udstyr som f.eks. ledudskiftningsoperationer; deres kemiske stabilitet beskytter mod korrosion og forlænger protesernes levetid. Siliciumnitridkeramik er også praktisk ved høje temperaturer som beskyttelse mod elektriske lysbuer, hvilket forlænger lejernes levetid.

Keramiske kugler af siliciumnitrid har en lav massefylde på kun 3,2 g/cm3, en utrolig bøjningsstyrke på 1 GPA og en brudstyrke på 6 MPa/M2. Deres hårdhed er dobbelt så stor som stål, mens deres lineære udvidelseskoefficient er 1/4 af lejestålets; desuden er disse keramiske materialer selvsmørende og kan modstå barske miljøer uden behov for yderligere smøremidler eller vedligeholdelse. Desuden gør fremstillingsstandarderne for sfæriskhed, diametertolerance og overfladefinish siliciumnitridkeramiske kugler til et ideelt valg, når kravene til lejernes ydeevne kræver høje hastigheder eller ultrahøje hastigheder, vakuumlejer, høj-/lavtemperaturlejer eller ikke-magnetiske lejer.

Overlegen overfladefinish

Siliciumnitrid skiller sig ud som et alternativt materiale, der kan modstå højtryksmiljøer uden at revne eller smelte, i modsætning til metaller, som ofte revner under belastning. Ikke kun det, men dets ikke-porøse struktur absorberer ikke kemikalier, som ætsende elementer kan trænge ind i, hvilket hjælper det med at forblive intakt selv ved høje hastigheder, mens dets moderate varmeledningsevne holder det køligt selv i varme miljøer - alt sammen noget, der gør si3n4-keramiske kugler til det oplagte valg til forskellige anvendelser.

Bearbejdning af keramik involverer typisk enten fast slibning med slibeskiver eller flow-slibning med en slibeopslæmning, som begge giver høje materialefjernelseshastigheder, men ofte ikke sikrer fremragende overfladefinish eller sfæriskhed. Fastslibning giver hurtigere materialefjernelse, men kan ikke altid garantere god overfladefinish eller sfæriskhed; flow-slibning giver bedre finishkvalitet, men er sværere at kontrollere med hensyn til geometri og fordeling af poleringssporet.

For at overvinde disse begrænsninger er der udviklet en ny teknik, der kombinerer fordelene ved begge processer. Teknikken går ud på at kombinere fast abrasiv bearbejdning med halvfaste magnetorheologiske polerpuder for at opnå en overlegen overfladefinish og sfæriskhed uden behov for køling eller smøring. Der blev også skabt en analytisk model for at vurdere, hvor effektiv denne metode var ved at undersøge forskellige parametre som excentricitet, rotationshastighed, bearbejdningsspalte osv. på den endelige overfladekvalitet.

Modstandsdygtighed over for høje temperaturer

Siliciumnitridkeramik er et af de hårdeste stoffer, der findes, og bruges ofte i applikationer med ekstreme temperaturer. Desuden er det kemisk modstandsdygtigt over for de fleste uorganiske syrer og kaustiske sodaopløsninger under 30%-koncentrationer.

Si3n4-keramik har lave varmeudvidelseshastigheder, der forhindrer strukturelle ændringer forårsaget af ekstreme temperaturer, og er desuden fremragende elektriske isolatorer - egenskaber, der gør dem velegnede til brug i højtemperatur- og korrosionsmiljøer, hvor metallejer ikke kan fungere effektivt.

Si3n4-keramiske kugler giver fremragende slidstyrke, hvilket gør, at din maskine kan køre hurtigere med øget effektivitet og forbedret hastighed. Da de er lettere end stål, reducerer de også centrifugalkræfterne under drift og forlænger komponenternes levetid.

Keramik med naturlige grå nuancer gør det lettere at støbe dem; der kræves ingen maling, når de formes til de ønskede former, hvilket gør dette materiale mindre modtageligt for oxidering end andre og mindre tilbøjeligt til at gå i stykker under tryk eller varme.

Formning af siliciumnitridkeramik følger de traditionelle fremstillingsprocesser for andre keramiktyper. Når råmaterialet er blevet granuleret, påføres koldt isostatisk tryk efterfulgt af netstørrelsesstøbning og GPS HIP-sintringsprocesser for at danne denne keramik. GPSN-keramik kan koste mere end deres RBSN-modstykker, men giver overlegen styrke og præcision sammenlignet med andre kvaliteter af siliciumnitridkeramik.