Fordeler med silisiumnitrid-kulelagre

Kulelagre i silisiumnitrid er laget av et eksepsjonelt hardt keramisk materiale som tåler store påkjenninger uten å bli skadet under trykk, og som også motstår korrosjon og ekstreme temperaturer.

I denne studien ble det brukt et modifisert Shell-firekuleapparat for å vurdere utmattingslevetiden til fem typer silisiumnitridlagre, hver med ulike feilmodi og levetider avhengig av overflateruhet, porøsitet og additivsammensetning.

Motstandsdyktig mot korrosjon

Silisiumnitrid (Si3N4)-keramikk er et usedvanlig seigt og elastisk materiale med mange bruksområder, som gir mange fordeler når det gjelder slitestyrke og minimering av energitap. Den lave friksjonskoeffisienten minimerer varmeutviklingen, samtidig som den forbedrer effektiviteten til høyhastighetsmaskiner. I tillegg er hardheten høyere enn for metaller, noe som gir enestående slitestyrke og lang levetid, og det forblir strukturelt stabilt selv i tøffe miljøer som ikke egner seg for konvensjonelle metalllagre.

Disse egenskapene gjør Si3N4-keramiske kulelagre til den ideelle løsningen for mange krevende bruksområder, inkludert vakuummiljøer eller når regelmessig smøring ikke er mulig eller ønskelig, for eksempel ved håndtering av kjemikalier eller sterke stoffer. De er også ikke-magnetiske - ideelt for sensitivt utstyr som magnetisk resonansavbildning (MRI).

Disse lagrene kan utstyres med PEEK-bur for overlegen kjemisk inertitet eller med PTFE- og 316-komponenter i rustfritt stål for kryogene bruksområder, og deres evne til å fungere uten smøring minimerer vedlikeholds- og forurensningsproblemer; for å maksimere lagerets levetid er det imidlertid lurt å operere under maksimal belastning/hastighet.

Motstand mot høye temperaturer

Si3n4-kulelagrenes høye temperaturbestandighet gjør dem spesielt nyttige i bruksområder der de brukes over lengre perioder, ettersom de tåler temperaturer som ville skadet andre metaller eller forårsaket deformasjon. Denne egenskapen gjør si3n4-kulelagre spesielt ideelle i stressende bruksområder der de må tåle store belastninger uten å deformeres eller gå i stykker, i tillegg til at de kan operere ved høyere hastigheter enn sine motstykker i stål.

Silisiumnitrid har lavere tetthet enn stål, noe som gjør det betydelig lettere og perfekt for bruksområder der det er trangt om plassen. I tillegg bidrar dette til å forbedre lastekapasiteten i mindre konstruksjoner, samtidig som det reduserer sentrifugalkreftene som oppstår i lagrene - noe som bidrar til å forlenge levetiden og holdbarheten ytterligere.

Denne typen lager kan også bidra til å redusere friksjonen, noe som sparer energi og forbedrer effektiviteten. I tillegg gjør den større motstandsdyktigheten mot slitasje og korrosjon at den egner seg for krevende miljøer.

Silisiumnitridlagre med grafittbur tåler temperaturer på opptil 1200 °C. I miljøer med høyere temperaturer gir imidlertid keramiske eller polyimid-bur bedre varmeledningsevne, noe som gjør dem bedre egnet til bruksområder med høye temperaturer. Hybridkeramiske lagre kombinerer innerringer og ytterringer av GCr15-stål med keramiske kuler - disse lagrene tåler høyere temperaturer og er samtidig mer kostnadseffektive enn rene keramiske lagre.

Lettvekt

Kulelagre i silisiumnitrid er betydelig lettere enn tilsvarende kulelagre i stål, noe som reduserer sentrifugalkraften og driftshastigheten, samtidig som det reduserer sentrifugalkraften og støtskader som følge av støt og varmepåvirkning, og beskytter utstyrets levetid gjennom motstand mot støtskader, varmebelastning og kjemisk korrosjon. I tillegg har keramiske materialer eksepsjonell hardhet og kjemisk resistens, noe som sikrer lang levetid for kritisk utstyr i tøffe miljøer.

Silisiumnitridkeramikk er ekstremt korrosjonsbestandig, selv i sure eller alkaliske løsninger, noe som gjør dem til et utmerket valg for bruk i kjemisk prosessering, marin bruk og militært maskinvareutstyr. De eksepsjonelle termiske egenskapene gjør dessuten at de beholder sine mekaniske egenskaper selv ved temperaturer som normalt ville ha ødelagt metaller - en fordel i tøffe miljøer som romfart og militær maskinvareapplikasjoner.

Helkeramiske silisiumnitridlagre tåler temperaturer på opptil 1000 °C, mens hybridkullager av silisiumnitrid og stål utmerker seg i bruksområder som krever høye hastigheter eller akselerasjonskrav. Ved å kombinere stålringer med keramiske rullende elementer og kuler for å redusere friksjonen og samtidig redusere sluring eller skader forårsaket av sentrifugalkraft, øker hybridlagrene effektiviteten samtidig som vedlikeholdskostnadene reduseres.

Disse viktige fordelene kan realiseres ved hjelp av hybride radial- eller vinkelkontaktlagre med kuler av silisiumnitridkeramikk og 52100-stålringer. Disse avanserte presisjonslagrene har lengre holdbarhet enn standard stålkonstruksjoner og kan fungere uten ekstra smøring, avhengig av miljøforholdene. Skulle det være nødvendig med ekstra smøring, kan du velge mellom bur i PEEK, PTFE eller 316 rustfritt stål med ulik styrke og korrosjonsbestandighet, avhengig av bruksområdet.

Høy styrke

Keramiske kulelagre av silisiumnitrid har overlegen styrke og stivhet, noe som gjør dem i stand til å motstå store belastninger ved svært høye hastigheter uten å bøye seg under trykk. Den lave friksjonskoeffisienten reduserer dessuten rullemotstanden og behovet for smøring. De tåler ekstreme temperaturer samtidig som de er ikke-magnetiske og elektrisk isolerende - perfekt for bruksområder som involverer høy belastning ved svært høye hastigheter!

På grunn av disse egenskapene er si3n4 keramiske kulelagre et utmerket valg for hybridapplikasjoner som krever både stål- og keramiske kuler, for eksempel i hybridbiler. Kombinasjonen gjør at de kan håndtere høyere hastigheter og tyngre belastninger mer effektivt enn rene stållagre, noe som gir økt effektivitet og lengre levetid for utstyret.

Disse keramiske kulene har lav vekt, noe som reduserer sentrifugalkreftene som forårsaker slitasje, samtidig som den overlegne hardheten og kjemiske motstandsdyktigheten gjør at de tåler korrosjon og slitasje, og de egner seg for bruk i romfart, militæret og bilindustrien.

Si3N4-keramikkens lave varmeledningsevne gjør at den kan brukes uten smøring i visse situasjoner, noe som i stor grad reduserer vedlikeholdsbehovet og muligheten for forurensning. I tillegg kan de brukes i høyvakuumsmiljøer - ideelt for medisinske og elektroniske bruksområder der magnetiske forstyrrelser kan påvirke presisjonen - samtidig som den lave lineære ekspansjonshastigheten bidrar til å sikre jevn drift og unngå kostbar nedetid på grunn av utstyrsfeil.