Keramiske kuler av silisiumnitrid

Keramiske kuler av silisiumnitrid har høy hardhet, lav tetthet og overlegen overflatefinish, noe som reduserer friksjonen i lagrene og reduserer friksjonstapet. I tillegg tåler disse kulene høy hastighet uten å slites ut raskt, samtidig som de er motstandsdyktige mot kjemikalier og løsemidler.

I denne studien ble CMRF brukt til å polere Si3N4-keramiske kuler med overflatefinish på G5-nivå ved hjelp av ulike poleringsparametere for å finne optimale forhold for å redusere overflateruhet og sfærisk feil.

Hardhet ved høy temperatur

Keramiske kuler av silisiumnitrid har en overlegen hardhet sammenlignet med andre materialer, noe som betyr at de tåler store påkjenninger uten å brekke eller deformeres under trykk. Derfor er disse keramiske kulene et utmerket valg for bruk i krevende miljøer som høyhastighetsapplikasjoner, kjemisk eksponering og varme temperaturer.

Keramiske kulelagre har høy hardhet og en effektiv lav friksjonskoeffisient, noe som bidrar til å redusere energiforbruket og varmeutviklingen i bevegelige systemer. Kombinasjonen av korrosjonsbestandighet gjør keramiske kulelagre til et utmerket valg for presisjonsmaskiner, halvlederutstyr og medisinsk utstyr.

Si3n4-keramikk med høy ytelse tåler en rekke kjemikalier, fra sterke syrer til alkalier og sjøvann, noe som gjør dem egnet for kjemiske prosessanlegg som reaktorer og pumper.

Disse kulelignende keramiske komponentene produseres ved hjelp av innovative produksjonsprosesser, som spraytørkende granulering, kald isostatisk pressing og presisjonsstøping. Når de er ferdige, blir de sintret og slipt for å oppnå jevn størrelse og sfærisk nøyaktighet, slik at de kan brukes som erstatning for stål- eller sfæriske metalllagre i hybrid- eller helkeramiske lagre.

Disse høyytelseskeramikkene har blitt grundig evaluert ved hjelp av Rockwell-mikrohardhetstester, der resultatene rapporteres som HV10 eller HV20; jo lavere tallet er, desto hardere er materialet. Testresultatene kan deretter sammenlignes med lignende materialer, for eksempel rustfritt stål, for å vurdere om en bestemt keramikk egner seg til et bestemt bruksområde.

Lettvekt

Si3n4-keramiske kulers lette konstruksjon reduserer rotasjonsmassen, noe som øker den totale ytelsen til sykkelen. I tillegg er de motstandsdyktige mot korrosjon og slitasje, noe som forlenger levetiden ytterligere. Dermed krever sykkelkomponenter mindre vedlikehold og reparasjon sammenlignet med tradisjonelle stålkuler, noe som bidrar til lavere driftskostnader og sparer penger over tid.

Disse kulene er ikke-ledende og ikke-magnetiske, noe som gjør dem perfekte for bruksområder som krever elektrisk isolasjon. Den kjemiske stabiliteten og biokompatibiliteten gjør dem også egnet for medisinsk utstyr som leddproteser; den kjemiske stabiliteten beskytter mot korrosjon og forlenger protesens levetid. Silisiumnitridkeramikk er også nyttig ved høye temperaturer som beskyttelse mot elektriske lysbuer, noe som forlenger lagerets levetid.

Keramiske kuler av silisiumnitrid har en lav tetthet på bare 3,2 g/cm3, en utrolig bøyestyrke på 1 GPA og en bruddstyrke på 6 MPa/M2. Hardheten er dobbelt så høy som for stål, mens den lineære ekspansjonskoeffisienten er en fjerdedel av den for lagerstål. I tillegg er disse keramiske kulene selvsmørende og tåler tøffe omgivelser uten behov for ekstra smøremidler eller vedlikehold. Dessuten gjør produksjonsstandardene for sfærisitet, diametertoleranse og overflatefinish kuler av silisiumnitridkeramikk til et ideelt valg når kravene til lagerytelse krever høye eller ultrahøye hastigheter, vakuumlagre, høy-/lavtemperaturlagre eller ikke-magnetiske lagre.

Overlegen overflatefinish

Silisiumnitrid skiller seg ut som et alternativt materiale som tåler høytrykksmiljøer uten å sprekke eller smelte, i motsetning til metaller som ofte sprekker under belastning. Ikke bare det, men den ikke-porøse strukturen absorberer ikke kjemikalier som korroderende elementer kan trenge inn i, noe som bidrar til at materialet forblir intakt selv ved høye hastigheter, samtidig som den moderate varmeledningsevnen holder det kjølig selv i varme omgivelser - noe som gjør si3n4-keramiske kuler til det beste valget for ulike bruksområder.

Bearbeiding av keramikk involverer vanligvis enten fast sliping med slipeskiver eller flytsliping med en slipeslurry, som begge gir høy materialfjerningshastighet, men som ofte ikke sikrer utmerket overflatefinish eller sfæriskhet. Fastsliping gir raskere materialfjerning, men kan ikke alltid garantere god overflatefinish eller sfæriskhet. Flytsliping gir bedre finish, men er vanskeligere å kontrollere når det gjelder geometri og fordeling av poleringssporet.

For å overvinne disse begrensningene har det blitt utviklet en ny teknikk som kombinerer fordelene med begge prosessene. Teknikken går ut på å kombinere fast slipende maskinering med halvfaste magnetoreologiske poleringsputer for å oppnå overlegen overflatefinish og sfæriskhet uten behov for kjøling eller smøring. Det ble også laget en analytisk modell for å vurdere hvor effektiv denne metoden var, ved å undersøke hvordan ulike parametere som eksentrisitet, rotasjonshastighet, bearbeidingsspalte osv. påvirket den endelige overflatekvaliteten.

Motstand mot høye temperaturer

Silisiumnitridkeramikk er et av de hardeste stoffene som finnes, og det brukes ofte i bruksområder med ekstreme temperaturer. I tillegg er det kjemisk motstandsdyktig mot de fleste uorganiske syrer og kaustisk soda i konsentrasjoner under 30%.

Si3n4-keramikk har lave termiske ekspansjonshastigheter som forhindrer strukturelle endringer forårsaket av ekstreme temperaturer, i tillegg til at de er utmerkede elektriske isolatorer - egenskaper som gjør dem egnet for bruk i høytemperatur- og korrosive miljøer der metallagre ikke kan fungere effektivt.

Si3n4-keramiske kuler gir utmerket motstand mot slitasje, noe som gjør at maskinen din kan kjøre raskere med økt effektivitet og forbedret hastighet. Fordi de er lettere enn stål, reduseres også sentrifugalkreftene under drift, samtidig som levetiden til komponentene forlenges.

Keramikk med naturlige gråtoner gjør det enklere å støpe dem; det er ikke nødvendig å male dem når de skal formes til ønskede former, noe som gjør dette materialet mindre utsatt for oksidasjon enn andre og mindre sannsynlig at det sprekker under trykk eller varme.

Silisiumnitridkeramikk produseres på samme måte som andre typer keramikk. Etter at råmaterialet er granulert, brukes kaldt isostatisk trykk etterfulgt av støping i nettostørrelse og GPS HIP-sintringsprosesser for å forme disse keramene. GPSN-keramikk kan koste mer enn RBSN-keramikk, men gir overlegen styrke og presisjon sammenlignet med andre typer silisiumnitridkeramikk.