Siliciumnitrid-kuglelejer

Siliciumnitrid er et keramisk materiale, der er kendt for sin overlegne styrke og holdbarhed ved høje temperaturer, selv uden smøring. På grund af den lave massefylde kan centrifugalkraften reduceres, så der opnås en jævn drift, samtidig med at behovet for ekstra smøremidler elimineres.

Dette materiale fremstilles ved spraytørring, kold isostatisk presning, GPS HIP-sintring og præcisionsslibning, der giver ensartet størrelse og sfærisk nøjagtighed. Omfattende udmattelsestest af rullekontakt har bekræftet dets modstandsdygtighed over for afskalning og nedbrydning.

Højhastighedsapplikationer

Keramiske kuglelejekomponenter har lavere massefylde end stål, hvilket hjælper dem med at reducere centrifugalkræfterne under højhastighedsrotation og holde præcisionen på et optimalt niveau og give længere levetid under barske driftsforhold. Selv om de er i stand til at understøtte større dynamiske belastninger, findes de oftest i hybridkuglelejer, hvor deres styrke og pålidelighed giver fordele.

Disse keramiske lejer kombinerer et passende burmateriale for at modstå oxidation og korrosion i barske miljøer. Desuden kan de modstå korte perioder uden olie og tåle forurenede smøremidler uden at blive nedbrudt.

Keramiske kugler af siliciumnitrid har en lav massefylde på grund af deres lavere vægt og deraf følgende reducerede centrifugalbelastning, hvilket fører til mindre centrifugalkraft, friktion og slid. Desuden er deres termiske ekspansionshastighed meget lavere end metalliske materialer; derfor forbliver de mere stabile over en række temperaturer.

Keramiske kuglelejer er ideelle til højhastighedsapplikationer som f.eks. spindler til CNC-værktøjsmaskiner eller tandlægebor, mens deres elektrisk isolerende egenskaber beskytter mod elektriske lysbuer i elektriske motorer og forlænger deres levetid, ligesom de er i stand til at modstå strenge radiale og aksiale belastninger, der kan forekomme i medicinske maskiner som f.eks. magnetiske resonansscannere (MRI).

Anvendelser ved høje temperaturer

Siliciumnitrid er et fremragende materialevalg til applikationer, hvor der findes miljøer med høje temperaturer, da dets hårdhed forbliver stabil op til temperaturer på ca. 800 grader, mens stål begynder at blive blødt og udmattet ved ca. 400 grader.

Kuglelejer af siliciumnitrid er også lettere end deres modstykker af stål, hvilket reducerer centrifugalkræfterne og muliggør højere hastigheder. Desuden er disse keramiske lejer meget modstandsdygtige over for kemikalier og andre ætsende elementer, ligesom de er poleret til en fremragende overfladefinish, der reducerer vibrationer og støj - for ikke at glemme, at de er elektrisk isolerende!

Sammenlignet med andre keramiske materialer giver varmt isostatisk presset (HIPed) siliciumnitrid den optimale kombination af egenskaber til højtemperaturanvendelser. Det er stærkt og holdbart med en gennemsnitlig kornstørrelse på 30 mikrometer og en massefylde, der er omtrent halvt så stor som stål; desuden har det en lav udvidelseskoefficient, så dets dimensioner ikke ændrer sig ved opvarmning eller afkøling.

Undersøgelser af siliciumnitridkeramik har primært fokuseret på udmattelsestest af rullekontakt (RCF) for at undersøge faktorer som fejltilstand og forudsigelse af levetid [1] Resultaterne fra RCF-test viser en stærk afhængighed mellem porøsitet, kemisk sammensætning og overfladeruhed som afgørende faktorer for ydeevnen ved udmattelse af rullekontakt [2-3]. Lange, sammenkoblede korn, der findes i HIPed siliciumnitridmateriale, kan hjælpe med at undgå udvikling af revner eller udtrækning af korn under tribologisk stress.

Korrosionsbestandige applikationer

Kuglelejer af siliciumnitrid kan hjælpe med at spare omkostninger for brugere i forskellige brancher ved at blive brugt i miljøer, der er udsat for korrosion, såsom syre, alkali eller saltopløsninger. Deres levetid under sådanne forhold er 4-25 gange større sammenlignet med stållejer.

Siliciumnitrids høje hårdhed gør det ideelt til hybridkeramiske lejer. Disse lejer reducerer friktionen mellem rullende elementer og overflader, hvilket reducerer energitabet betydeligt og samtidig øger effektiviteten og pålideligheden. Desuden gør det høje elasticitetsmodul det muligt for keramiske kugler at genvinde deres oprindelige form efter deformation, hvilket forlænger deres levetid i de mekaniske systemer, der bruger dem.

Fuldkeramiske siliciumnitridlejer er yderst velegnede til barske miljøer, da de kan fungere op til 800 grader Celsius uden at blive nedbrudt eller ustabile. De har også større modstandsdygtighed over for slid, korrosion og krybning end andre keramiske typer som zirkoniumoxid eller aluminiumoxid, hvilket gør dem til det perfekte materialevalg til applikationer, der involverer høje hastigheder, præcisionsapplikationer som dem, der findes i motorsport, industri eller cykelkomponenter. For at forbedre deres ydeevne kan lejerne udstyres med bure lavet af materialer som polyimid eller PTFE for at sprede varmen mere jævnt, mens de forbliver stabile i ekstreme temperaturmiljøer og giver fremragende modstandsdygtighed over for kemikalier, der korroderer stållejer.

Elektrisk isolerende applikationer

Siliciumnitridkeramik er fremragende elektriske isolatorer med høj dielektrisk styrke og lav ledningsevne, hvilket gør dem til det ideelle materiale til lejer, der bruges i applikationer, hvor der kan opstå elektriske lysbuer - herunder elektriske motorer og industrielt udstyr som f.eks. højhastigheds tandlægeboremaskiner. Desuden modstår de korrosion i kemiske behandlingsmiljøer, hvilket holder nøjagtighed og pålidelighed under kontrol.

Hybridkuglelejer er vigtige komponenter i industrimaskiner. Anvendelser for hybridkuglelejer spænder fra elmotorer og vindmøllegeneratorer, bildele og rumfartskomponenter til rumfartsværktøjer og instrumenter, der kræver præcision. Siliciumnitridkeramik kan reducere friktion og slid i disse lejer, så de fungerer med reduceret smøring - hvilket fører til længere levetid for lejerne og forbedret ydeevne.

Hybridkeramiske lejer kan fungere under enten tørre eller minimalt smurte forhold, men det er afgørende, at der vælges det rette smøremiddel til hver enkelt anvendelse. Siliciumnitridlejer kan revne under stødbelastninger eller overbelastninger, hvis de ikke er designet korrekt; der kan også være store variationer i deres tribologiske opførsel afhængigt af faktorer som mikrostruktur, kemi og tilsætningsstoffer i både keramiske materialer og stål.

Kuglelejer af siliciumnitrid er lettere end metallejer, hvilket er med til at reducere centrifugalkræfter og vibrationer. Desuden reducerer deres glatte overflader friktionen og behovet for smøring betydeligt. Desuden har siliciumnitrid-keramik en enestående hårdhed, varmebestandighed og korrosionsbestandighed sammenlignet med deres modstykker i metal.