Keramiske kuler av silisiumnitrid

Keramiske kuler av silisiumnitrid er en utmerket løsning for bruksområder som krever presisjon og stabilitet i høyhastighetsmiljøer, samtidig som de er motstandsdyktige mot varme og ikke utvider seg slik metaller kan gjøre. At de ikke er korrosive, gjør dem ypperlige til bruk i romfartsutstyr som arbeider under tøffe forhold, og i alt utstyr som opererer under korrosive forhold.

Sliping og lapping med diamantslipemidler brukes ofte til å polere keramiske deler, men denne prosessen kan skape overflatedefekter som riper, mikrosprekker og groper som svekker påliteligheten.

Hardhet

Silisiumnitridkeramikk er en av de sterkeste og hardeste tekniske keramikkene, med ekstremt harde overflater med lav tetthet som motstår høye temperaturer, samtidig som den er elektrisk isolerende og ikke-magnetisk - egenskaper som gjør den egnet for lagerdeler som opererer i tøffe miljøer med høye hastigheter eller krav til korrosjonshemming.

Hardheten til Si3N4 kan måles enten ved hjelp av Vickers- eller Rockwell-metoden, som måler hvor stor belastning som er nødvendig for å skape en fordypning på en overflateprøve. Jo mer kraft som påføres, desto flere fordypninger oppstår, og jo høyere poengsum, desto større hardhet. Det har nesten dobbelt så høy strekkfasthet som stål og har lav varmeutvidelseskoeffisient.

Si3N4-kulene er kjemisk inerte og tåler mange typer korrosive materialer, noe som gjør dem egnet for bruk i marine og kjemisk prosessutstyr. De ikke-magnetiske egenskapene bidrar til å unngå elektrisk lysbue, noe som forkorter lagerets levetid.

ZYS' keramiske kuler av silisiumnitrid produseres ved hjelp av avanserte produksjonsteknikker som spraytørkingsgranulering, kald isostatisk trykkstøping, støping av nettostørrelse, GPS HIP-sintring og høyeffektiv sliping. Dette sikrer at de oppfyller G5-presisjon (GB/T308 2002) og materialkvalitet klasse 1 - ideelt for hybridkeramiske og helkeramiske rullelagre i krevende miljøer, med lav friksjon, selvsmøring og stivhet, noe som gjør dem til kostnadseffektive alternativer til stållagre.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Silisiumnitridkeramikk er svært korrosjonsbestandig, noe som gjør dem til et utmerket valg for sykkelkomponenter som utsettes for vann og tøffe værforhold. I tillegg er de lette, noe som betyr mindre rotasjonsmasse og bedre sykkelytelse totalt sett. Keramiske kuler har dessuten lave friksjonsnivåer for redusert motstand over tid, noe som forlenger levetiden på komponentene dine.

Keramikkens kjemiske inertitet gjør den til et ideelt materiale for kjemisk prosessutstyr. Keramikk beholder også styrke og hardhet ved høyere temperaturer, noe som gjør dem egnet som lagermateriale i elektriske motorer. Dessuten er keramiske materialer ikke-magnetiske, noe som gjør dem nyttige i miljøer der magnetiske forstyrrelser ellers kan skape problemer.

Disse egenskapene gjør keramikk til et utmerket valg for høyhastighetsapplikasjoner, der den lavere tettheten reduserer sentrifugalkreftene og gjør at de kan operere ved høyere hastigheter enn tradisjonelle metalllagre. I tillegg garanterer den lave varmeutvidelsen nøyaktig passform på akselen, samtidig som den begrenser mellomrom som kan svekke presisjonen.

Silisiumnitridkeramikk har ulik korrosjonsbestandighet avhengig av produksjonsmetoden, der spraytørking og varmpressing er blant de beste metodene for å produsere dette keramiske materialet. Gasstrykksintring (GPS) eller varm isostatisk pressing (HIP), der gass brukes som medium for å overføre trykk, gir sterkere produkter som motstår korrosjon mer effektivt.

Selvsmørende egenskaper

Silisiumnitridkeramikk brukes i stor utstrekning til tekniske keramiske bruksområder, som for eksempel helkeramiske lagre. Disse lagrene bruker keramisk materiale i både kulene og løpehjulene, slik at de tåler høyere temperaturer og korrosjon enn stållagre, samtidig som de har overlegne friksjonsdempende og selvsmørende egenskaper, samt oljetomme eller oljefrie tørrfri friksjonsytelse uten ekstra smørebehov. Disse lagrene er dessuten ikke-magnetiske og isolerte, noe som gjør dem til en utmerket løsning når elektromagnetisk interferens er et problem.

De helkeramiske kulenes evne til å smøre seg selv gjør dem til et utmerket valg for høyhastighetsapplikasjoner, ettersom det reduserer sentrifugalkraften som forårsakes av roterende deler. I tillegg tåler disse kjemisk inerte kulene de fleste korrosive kjemikalier - en fordel i miljøer som kjemisk prosessutstyr der korrosjon kan skape problemer.

I denne studien ble Si 3 N 4 -Ta-laminater evaluert ved hjelp av et kule-på-skive-tribometer. Normalbelastningen og den opprinnelige overflatefinishen av støpejern på hver glideflate ble variert for å etablere optimale forhold for dannelse av selvsmørende grafittfilm på Si 3 N 4 -Ta-grensesnitt. Resultatene viste at selvsmørende keramikk fra dette paret kunne opprettholde lav friksjon i 1400 timer under belastning på 50 N i vakuummiljøer med et trykk på mellom 10-7 og 10-6 Pa.

Slitestyrke

Silisiumnitrid er et eksepsjonelt hardt materiale som motstår slitasje i miljøer med høy belastning, noe som gjør det egnet for bruk i verktøymaskiner, tannlegebor og spindler i verktøymaskiner. På grunn av sin styrke tåler silisiumnitrid også høye hastigheter i spindler i verktøymaskiner og tannlegebor, og de elektrisk isolerende egenskapene forhindrer lysbuer og forlenger levetiden til lagrene i elektriske motorer. Kjemisk inert gjør silisiumnitrid ideelt for bruk i miljøer med korrosjon.

Si3n4-kulenes lave friksjonskoeffisient reduserer energitapet og øker effektiviteten, noe som senker driftskostnadene for høyhastighetssystemer betydelig. Den høye elastisitetsmodulen gjør også at kulene gjenoppretter sin opprinnelige form når de deformerende kreftene fjernes, noe som øker levetiden for systemer som krever presisjon og pålitelighet.

Silisiumnitrid har eksepsjonelle mekaniske og termiske egenskaper, men den dårlige tribologiske ytelsen ved glidning mot stål i hybridkeramiske kulelagre skyldes mangel på faste smøremiddellag i kontaktflaten. Konfokale Raman-spektroskopimålinger viser imidlertid hvordan tilsetning av FL-GNP fører til dramatiske forbedringer i Si3N4-komposittenes tribologiske ytelse; slitasjen reduseres over 20 ganger, mens friksjonskoeffisienten nesten halveres; dette samsvarer med optiske mikroskopibilder som viser slitasjespor - i full overensstemmelse med bilder fra optisk mikroskopi som også viser slitasjespor. Vickers-hardhet, trepunkts bøyestyrke og bruddseighet for Si3N4-kompositter forblir intakt!