Zirkoniumoxid mod kuglelejer af siliciumnitrid

Keramiske lejer af zirkoniumoxid (ZrO2) er hårdere og har glattere overflader end stål- eller hybridkuglelejer, og så er de 30% lettere - hvilket sparer energi svarende til 1,6 millioner tønder olie om året! Desuden sparer deres usmurte design energi svarende til denne besparelse.

Siliciumnitrid (Si3N4)-keramik kan findes i en række udfordrende miljøer. Takket være deres hårde overflade og evne til at modstå høje temperaturer er Si3N4-keramik et fremragende valg til marineapplikationer og andre krævende miljøer.

Styrke

Siliciumnitrids høje styrke gør det til et fremragende materialevalg til applikationer, der kræver stærk mekanisk modstand, som f.eks. keramiske hybridlejer. Med 40% lavere densitet end stålkuglelejer reducerer keramiske kuglelejer centrifugalkræfterne på de ydre ringe for at forhindre udskridning, samtidig med at de giver op til 30% hurtigere kørehastigheder med mindre behov for smøring.

Keramiske lejer har større slidstyrke end metalkugler, hvilket betyder færre udskiftninger og behov for vedligeholdelse over tid. Desuden korroderer keramik ikke under barske forhold med dårlig smøring - et problem, der er almindeligt for metallejer, og som kan medføre store forstyrrelser.

Keramiske kugler gennemgår en præcis fremstilling for at opnå ensartet størrelse og sfærisk præcision - hvilket er afgørende, når de bruges som lejer - før de poleres for at få en ubrudt overflade, der reducerer tabet af friktionsenergi, øger effektiviteten og forlænger udstyrets levetid.

Keramiske lejer har en overlegen kemikalie- og korrosionsbestandighed sammenlignet med deres modstykker i metal, hvilket gør det muligt at bruge dem i miljøer, der ikke egner sig til traditionelle metallejer. Selvom keramik kan være holdbart nok, skal det bemærkes, at de har en tendens til at være mere skrøbelige og ikke bør udsættes for stødbelastninger end metalliske lejer - hvilket gør keramik til et fremragende valg til krævende anvendelser og barske arbejdsforhold.

Termisk udvidelseskoefficient

Zirkoniumdioxidkeramiske lejekugler er meget hårde og slidstærke og giver stor korrosions- og temperaturbestandighed. Desuden betyder deres lave vægtfylde, at de bevæger sig mere frit end stålkugler - perfekt til slidpunkter i instrumenter, der kræver præcis diametertolerance, sonder i koordinatmålemaskiner eller flowmålere samt ikke-magnetiske applikationer, der kræver elektrisk isolering.

På den anden side er siliciumnitrid betydeligt stærkere og har lavere friktion sammenlignet med zirkoniumoxid, hvilket gør det til et fremragende valg til applikationer, der opererer i barske miljøer, som f.eks. halvlederproduktion. Siliciumnitrid er også et fremragende materialevalg til rumfartsapplikationer, da dets modstandsdygtighed over for varme og ekstreme forhold gør det perfekt til NASA's rumfærge-turbinepumper, hvor de oprindelige stållejer oprindeligt blev installeret i vakuummiljøer; ingeniører opgraderede dem senere til siliciumnitridlejer, som gav op til 40% forbedring i driftstiden sammenlignet med de stållejer, der oprindeligt blev brugt!

Zirkoniumoxid og siliciumnitrid er populære valg til industrielle anvendelser på grund af deres ikke-magnetiske, varme- og friktionsbestandige natur samt deres lave varmeudvidelseskoefficient. Desuden kan begge materialer tåle forskellige miljøforhold samt vibrationer og stød; for at maksimere levetiden og ydeevnen anbefales det, at de bruges under deres maksimale belastning og hastighed.

Modstandsdygtighed over for slid

Lejer af siliciumnitrid har en enestående slidstyrke med en lavere friktionskoefficient end stål og er også selvsmørende, så de fungerer uden behov for yderligere smøring under de fleste forhold. Desuden modstår dette materiale høje temperaturer uden at bukke under for kemisk erosion fra syrer som eddikesyre eller svovlsyre - hvilket gør dem perfekte til brug i barske miljøer.

Siliciumnitrids letvægtskonstruktion gør det ideelt til højhastighedsapplikationer, hvor centrifugalkræfter kan beskadige eller deformere lejer, samtidig med at det giver større belastningskapacitet på mindre plads. Desuden har siliciumnitrid et fremragende elasticitetsmodul, hvilket betyder, at det kan modstå store deformationer uden at miste sin form.

Siliciumnitrid adskiller sig markant fra metaller ved, at det ikke udvider sig dramatisk, når det udsættes for varme, hvilket hjælper med at forhindre, at kugler løsner sig under drift og mindsker udstyrets pålidelighed. Desuden gør dette ikke-magnetiske og korrosionsbestandige materiale siliciumnitrid til et fremragende valg til havmiljøer eller andre omgivelser med hyppige temperaturvariationer.

Siliciumnitrids kemiske inerti gør det ideelt til brug i miljøer som f.eks. kemisk forarbejdning. Da materialet ikke reagerer med ætsende materialer, som f.eks. gasturbiner, hjælper det med at forbedre deres effektivitet og samtidig øge driftseffektiviteten. Siliciumnitrid er også et godt valg til luft- og rumfart og militære applikationer på grund af dets evne til at modstå ekstreme belastninger og temperaturer og er endda i stand til at fungere i vakuummiljøer.

Modstandsdygtighed over for korrosion

Siliciumnitrid er meget modstandsdygtigt over for korrosion fra vand, salte og visse syrer som saltsyre, svovlsyre, salpetersyrealkali og fosforsyre, hvilket hjælper med at reducere korrosionsproblemer i kemisk maskinudstyr og marine- eller spildevandsbehandlingsafdelinger betydeligt. Desuden sikrer dens holdbarhed minimale problemer forårsaget af korrosion i stærke magnetfelter eller i miljøer med høje temperaturer ved længere tids brug.

Disse egenskaber gør kuglelejekomponenter af silikonnitridkeramik ideelle til brug i ekstreme miljøer, hvor stållejer kan svigte, f.eks. i luft- og rumfart eller industrielt højhastighedsroterende udstyr. Deres lavere vægt hjælper med at reducere centrifugalkræfter, der påvirker spindler i maskiner, hvilket fører til forbedret ydeevne uden behov for ekstra smøring ved højere hastigheder.

Siliciumnitridkeramik har en lav massefylde, der hjælper med at reducere vibrationer og afbøjning under højhastighedsrotation, hvilket forbedrer nøjagtigheden og samtidig mindsker vedligeholdelsesomkostningerne på grund af lavere udskiftningsfrekvens og nedetid forårsaget af dårlige driftsforhold. Dette kan forbedre udstyrets nøjagtighed betydeligt og samtidig reducere vedligeholdelsesomkostningerne ved at mindske udskiftningsfrekvensen og nedetiden forårsaget af dårlige forhold.

Siliciumnitrids kemiske inerti gør, at det kan modstå selv barske miljøer uden at blive nedbrudt, hvilket gør det ideelt til højpræcisionsudstyr som f.eks. værktøjer til halvlederproduktion og tandlægebor. Desuden er det ikke-magnetisk, hvilket gør det velegnet til anvendelser, der involverer elektromagnetisk interferens som f.eks. elektriske motorer.