Keramiske kuler av silisiumnitrid

Keramiske kuler av silisiumnitrid har mange fordeler sammenlignet med vanlige metallkuler, blant annet motstand mot høye temperaturer, lave friksjonsnivåer og motstand mot kjemisk inntrengning. Bruken av dem reduserer vedlikeholdskostnadene og forlenger maskinens levetid.

Sliping og lapping er kostbare og tidkrevende prosesser som ofte etterlater overflater med riper, mikrosprekker, groper eller korn som har løsnet, noe som kan gå ut over funksjonaliteten. Men nå finnes det en enklere løsning: clustered magnetorheological finish (CMRF). Denne teknikken bruker magnetoreologisk effektmagnetoresistens (CMRF).

Hardhet ved høy temperatur

Silisiumnitrid er et avansert keramisk materiale som er utviklet for bruksområder som krever høy temperatur-, korrosjons- og mekanisk belastningstoleranse. På grunn av sin holdbarhet og styrke bidrar silisiumnitrid til å øke effektiviteten og levetiden til maskineriet.

Silisiumnitrid skiller seg fra metaller ved at det motstår slitasje, noe som gjør det mye mindre sårbart for korrosjon i tøffe miljøer. I tillegg er det kjemisk inert, noe som gjør at det tåler aggressive kjemikalier uten å ta skade, og ikke-magnetisk og elektrisk isolerende er andre fordeler som gjør silisiumnitrid til et ideelt materialvalg.

Keramiske materialer klassifiseres ut fra hvor motstandsdyktige de er mot gjennomtrengning av en påført kraft (for eksempel Vickers- eller Knoop-inntrykkstester). Jo høyere hardhet, desto større er motstanden. Det er imidlertid ikke enkelt å sammenligne mikrohardhetsmålinger på tvers av målemetoder eller utstyr.

Hardhetsmålinger for si3n4-keramiske kuler avhenger av partikkelstørrelse, kornstruktur og GB-faser - dette gjør tolkningen av resultatene fra hardhetstester avgjørende. Vickers- og Knoop-hardhetstester brukes ofte til å måle keramisk hardhet, men målingene kan endres av endringer i temperatur, forskyvning og inntrykksdybde. For å sikre nøyaktige resultater er det avgjørende å følge de anbefalte testbetingelsene for hver metode, samt å bruke en indenter som er kalibrert med kjente standarder - bruk standard belastningssystemer og gjenta testen på identiske prøver.

Lettvekt

Silisiumnitridkeramikk er ikke-magnetisk og elektrisk isolert, motstandsdyktig mot korrosjon og egnet for marine miljøer på grunn av sin lave vekt og manglende sentrifugalkraft på lagrene. Siden det reduserer sentrifugalkraften på lagrene og øker driftshastigheten - og dermed reduserer friksjonen mellom kule og aksel og øker levetiden - er silisiumnitridkeramikk et utmerket materialvalg for lagre i tøffe miljøer, som for eksempel marine bruksområder.

Silisiumnitridens isolerende egenskaper bidrar til å forhindre elektrolytisk korrosjon og beskytter de indre delene, noe som gjør at keramiske lagre kan brukes oftere i elektriske motorer. Den økte temperaturtoleransen og belastningskapasiteten betyr at de er ideelle for bruk i elektriske motorer.

Keramiske lagre i silisiumnitrid er 1/4 lettere enn tilsvarende lagre i stål og har en eksepsjonelt lav tetthet og lineær ekspansjonskoeffisient sammenlignet med lagre i stål, noe som bidrar til å redusere friksjonskreftene knyttet til rotasjonshastigheten samtidig som de indre overflatene beskyttes mot skader forårsaket av svingninger i rotasjonshastigheten og raske temperaturendringer. På grunn av den lette og stive konstruksjonen gjør silisiumnitridkeramikk det dessuten enklere å håndtere tunge industrielle bruksområder som krever store lagre.

Overlegen overflatefinish

Silisiumnitrid er et ikke-porøst og isolerende materiale som eliminerer korrosjonsproblemer i krevende miljøer. I tillegg er det lettere enn stål, noe som reduserer sentrifugalkraft, friksjon og glidning sammenlignet med stålets stivhet, og det er temperaturbestandig, noe som gjør det ideelt for lagerdeler.

Når de keramiske kulene er sintret, gjennomgår de en presisjonsslipeprosess for å sikre jevn størrelse og sfærisk nøyaktighet for bruk i lagerapplikasjoner. Til slutt får de en glatt overflatefinish for ytterligere å redusere friksjon og slitasje i den endelige applikasjonen. I tillegg er si3n4-keramiske kuler både slitasje- og støtbestandige, noe som gjør at de kan fungere effektivt over lange perioder uten behov for hyppig smøring.

I denne studien ble det utviklet en halvfast magnetoreologisk poleringspute for polering av den sfæriske overflaten på en Si3N4-kule ved hjelp av skjærkraft (figur 1). Poleringsoppslemmingen besto av 400 ml poleringsvæske som inneholdt 4% diamantslipekorn (1 mm) og 16% hydroksyljernpulver (3 mm).

For å studere innflytelsen av etterbehandlingsparametere på overflatefinishen til Si3N4 keramiske kuler, ble kinematikken i etterbehandlingsprosessen undersøkt gjennom en analyse av rotasjonshastigheter oz og oj samt vinkler th og g. I tillegg avslørte visuell sporanalyse at for optimal overflatefinish med kvalitetsnivå G5 i henhold til nasjonal standard, var dette best oppnåelig ved bruk av poleringsparametere som rotasjonsforhold 30rpm/40rpm med eksentrisitet 10mm og bearbeidingsgap på 0,8mm.

Biokompatibel

Si3N4 er et ikke-oksydholdig keramisk materiale som kjennetegnes av fremragende mekaniske egenskaper og korrosjonsbestandighet. Det er selvsmørende, isolert og tåler termiske sjokk uten å ta skade; dessuten leder det ikke elektrisitet, verken magnetisk eller elektrisk - men kan likevel produseres med høy presisjon og god overflatefinish med en gjennomsnittlig ruhet på 4-6 nm.

Siden 1980-tallet har silisiumnitrid lenge vært anerkjent som et ideelt biomateriale for medisinsk bruk. De mekaniske egenskapene er like gode som titan, mens hardheten overgår aluminiumoksid, noe som gjør det mulig å bære tunge belastninger uten å skade dem.

In vivo-tester har vist at Si3N4-implantater er kompatible med humant bein og kan fremme osseointegrasjon. Neumann og kollegene utførte en eksperimentell studie der Si3N4-implantater ble plassert i frontale beindefekter hos minigriser for å se hvordan de integreres, noe som avslørte gjennomtrengning av nytt beinvev i likhet med det som var blitt observert med PEEK-implantater.

Keramiske kuler og løpebaner er en effektiv måte å redusere friksjonen på sykkelen og øke ytelsen på, samtidig som de øker syklingseffektiviteten og reduserer slitasjen på komponentene. Den glatte overflaten bidrar til å minimere sentrifugalkraften og rullefriksjonen, noe som fører til mindre slitasje på komponentene, samt en lett konstruksjon som forbedrer syklingseffektiviteten og reduserer slitasjen på slitasjepunkter. I tillegg er keramikk motstandsdyktig mot vann og kjemikalier, noe som gjør dem perfekte for sykling under tøffe forhold.