Kugler af siliciumnitrid

Siliciumnitridkugler kan modstå forskellige temperaturer og kemiske miljøer uden at blive nedbrudt med tiden, hvilket øger maskinernes effektivitet og levetid.

Medicinsk udstyr, der kræver præcis diagnosticering uden magnetisk interferens, er ofte afhængig af ikke-magnetiske lejer for at undgå elektromagnetiske lysbuer i lejer, der arbejder i barske miljøer, mens ikke-magnetiske lejer forhindrer elektriske lysbuer, der ellers kunne resultere i lejesvigt.

Hårdhed

Siliciumnitrid (Si3N4) er et ekstraordinært keramisk materiale, der har revolutioneret industrien. Det bruges primært i højtydende fuldkeramiske og hybridkeramiske lejer, der kræver lav friktion, temperaturbestandighed og slidstyrke; Si3N4's stærke, men lette konstruktion gør det velegnet til barske miljøer uden behov for oliesmøring; dets kemiske modstandsdygtighed omfatter syrer og baser, samtidig med at det er elektrisk isolerende; det fungerer endda under vand!

Dette materiale har høj hårdhed (Rockwell C), højt elasticitetsmodul og udmattelsesstyrke. Desuden gør dets modstandsdygtighed over for oxidation og korrosion det til et fremragende valg til lejer, der bruges under ekstreme forhold.

Si3N4-kugler ruster eller eroderer ikke under tunge belastninger eller ekstreme forhold, som stål gør; deres lette konstruktion reducerer centrifugalkræfter og rullende kontaktkræfter under højhastighedsdrift og muliggør dermed hurtigere driftshastigheder. Deres isolerende egenskaber beskytter dem også mod elektrolytisk korrosion - en væsentlig faktor for at forlænge mekaniske systemers levetid.

Produktionen af Si3N4-keramiske kugler omfatter spraytørringsgranulering, kold isostatisk presning og GPS-varm isostatisk behandling (HIP) for at danne tætte sfæriske former med G5-præcision og klasse 1-materialekvalitet. Der skabes sintringsatmosfærer under HIP for at binde partikler under deres smeltepunkter og forbedre styrken; til sidst slibes overfladen på hver sfærisk form for at fjerne ufuldkommenheder og skabe en overflade med forbedret ydeevne.

Modstandsdygtighed over for høje temperaturer

Siliciumnitridkeramik har en overlegen varmebestandighed, hvilket gør det til et ideelt materiale til applikationer, der kræver høje hastigheder, præcision og lang levetid. Desuden reducerer deres lave friktionskoefficient energiforbruget og varmeudviklingen, samtidig med at de bidrager til mekaniske systemers bæredygtighed på lang sigt.

Siliciumnitrids lave massefylde gør, at keramiske kugler vejer betydeligt mindre end stålkugler, hvilket fører til vægtbesparelser i det overordnede design og kan være særligt fordelagtigt, når pladsen er trang i luft- og rumfart eller andre højhastighedsapplikationer.

Keramiske materialer udvider sig ikke meget ved temperaturændringer, hvilket gør dem i stand til at bevare deres form og størrelse i ekstreme miljøer - noget, der gør keramik særligt fordelagtigt i udstyr, der skal forblive præcist og stabilt i korrosive miljøer, som f.eks. raketmotorer med høj hastighed eller visse modelbiler med høj ydeevne.

Siliciumnitridkeramik er ikke-magnetisk, hvilket gør dem velegnede til mange medicinske apparater, hvor magnetiske materialer kan forstyrre billeddannelsesprocesser. Deres styrke og holdbarhed gør dem også til det bedste valg i lejeapplikationer; hybridlejer, der kombinerer stålringe med keramiske kugler, har disse exceptionelle egenskaber for at levere reduceret friktion, højere hastighed og længere levetid sammenlignet med traditionelle stålkuglelejer.

Letvægt

Siliciumnitridkugler vejer en fjerdedel så meget som stålkugler, hvilket giver mere effektive højhastighedsapplikationer uden centrifugalkraft forårsaget af tungere kugler samt lavere vedligeholdelsesomkostninger og omkostninger til nedetid. Desuden minimerer deres lethed også friktionstab, hvilket øger effektiviteten.

Keramiske kugler af siliciumnitrid er kendt for at være hårde og modstandsdygtige og for at kunne modstå store belastninger i barske miljøer. På grund af disse egenskaber bruges kugler af siliciumnitrid i mange industrier, herunder rumfart, bilindustri, industri og vedvarende energi som f.eks. turbinegeneratorer, der arbejder ved høje hastigheder eller højder - og hjælper med at undgå uplanlagte vedligeholdelsesomkostninger i forbindelse med vindmølleparker, som ellers kan vise sig at være dyre.

Helkeramiske kugler er korrosionsbestandige og kan modstå temperaturer helt op til 1.800 grader uden at tage skade, mens deres hårdhed er dobbelt så stor som stålets, og deres elasticitetsmodul er højere, hvilket gør dem stivere og mere modstandsdygtige over for slagskader end deres modstykker af stål. Desuden er de ikke-magnetiske, så de kan trygt bruges i følsomt udstyr som MR-maskiner eller maskiner til fremstilling af halvledere.

Siliciumnitrid adskiller sig fra zirconiumdioxid ved, at overfladen ikke kræver dyre smøremidler for at være slidstærk, og dermed er der ikke behov for dem. Produktionsprocesser for siliciumnitrid omfatter spraytørringsgranulering, kold isostatisk presning og præcisionsstøbningsteknikker, hvorefter de resulterende sfæriske kugler gennemgår strenge inspektionsprocesser for størrelse og sfærisk præcision, før de sendes til GPS HIP-sintring og højeffektiv slibning.

Modstandsdygtighed over for slid

Siliciumnitrid er mere end dobbelt så hårdt som stål og kan modstå ekstreme belastninger ved temperaturer på over 500oF samt kemiske angreb fra flussyre og svovlsyre. Desuden modstår dette keramiske materiale korrosion, samtidig med at det er antimagnetisk og elektrisk isolerende; alt sammen med lav massefylde og fremragende bøjnings- og brudstyrkeegenskaber. Disse egenskaber gør siliciumnitrid til et fremragende valg til mekaniske præcisionsopgaver som f.eks. lejer.

Siliciumnitridkugler, som normalt bruges i hybridkeramiske kuglelejer, giver meget højere belastningsmodstand og længere levetid under krævende forhold end zirkoniumdioxidkugler. Desuden har dette materiale en lavere massefylde end zirkoniumoxid, hvilket giver mulighed for hurtigere acceleration og højere hastigheder under skøjteløb samt reduceret rotationsmasse, hvilket betyder reduceret rotationsmasse, hurtigere accelerationshastigheder, reduceret rotationsmasse og bedre friktionsmodstand med minimal slitage under stød eller vibrationer.

Derudover bidrager den lave friktionskoefficient og de selvsmørende egenskaber ved keramiske kugler til deres enestående slidstyrke. Test udført på glideskiver med gråt støbejern og Al-bronze viste faktisk reduceret slid på siliciumnitridkeramik, når belastningen steg - dette kan tilskrives dannelsen af tribo-kemiske beskyttelseslag, som reducerer friktionsskader betydeligt, som det fremgår af røntgenanalyse af slidspor (figur 1). Desuden har disse keramer fremragende kemiske resistensegenskaber samt god kemisk resistens, der muliggør drift under barske miljøer uden behov for yderligere smøring (figur 1 og 2).