Kuler av silisiumnitrid

Silisiumnitridkuler tåler ulike temperaturer og kjemiske miljøer uten å forringes over tid, noe som øker maskinens effektivitet og levetid.

Medisinsk utstyr som krever presis diagnostikk uten magnetiske forstyrrelser, er ofte avhengig av ikke-magnetiske lagre for å unngå elektromagnetiske lysbuer i lagre som brukes i tøffe miljøer, samtidig som ikke-magnetiske lagre forhindrer elektriske lysbuer som ellers kan føre til lagersvikt.

Hardhet

Silisiumnitrid (Si3N4) er et ekstraordinært keramisk materiale som har revolusjonert industrien. Si3N4 brukes først og fremst i høyytelses full- og hybridkeramiske lagre som krever lav friksjon, temperaturbestandighet og slitestyrke; Si3N4s sterke, men lette konstruksjon gjør det egnet for tøffe miljøer uten behov for oljesmøring; den kjemiske motstandsdyktigheten inkluderer syrer og baser samtidig som den er elektrisk isolerende; den fungerer til og med under vann!

Dette materialet kan skilte med høy hardhet (Rockwell C), høy elastisitetsmodul og utmattingsstyrke. I tillegg er det motstandsdyktig mot oksidasjon og korrosjon, noe som gjør det til et utmerket valg for lagre som brukes under ekstreme forhold.

Si3N4-kuler ruster ikke og eroderer ikke under tung belastning eller ekstreme forhold, slik stål gjør. Den lette konstruksjonen reduserer sentrifugalkreftene og rullekontaktkreftene under høyhastighetsdrift, noe som muliggjør raskere driftshastigheter. De isolerende egenskapene beskytter dem også mot elektrolytisk korrosjon - en viktig faktor for å forlenge levetiden til mekaniske systemer.

Produksjonen av Si3N4-keramiske kuler omfatter spraytørking av granulat, kald isostatisk pressing og GPS-varm isostatisk prosessering (HIP) for å danne tette sfæriske former med G5-presisjon og klasse 1-materialkvalitet. Under HIP skapes det sintringsatmosfærer for å binde partiklene under smeltepunktet og øke styrken. Til slutt slipes overflaten på hver kuleform for å fjerne ujevnheter og skape en overflate med bedre ytelse.

Motstandsdyktighet mot høye temperaturer

Silisiumnitridkeramikk har overlegen varmebestandighet, noe som gjør det til et ideelt materiale for bruksområder som krever høye hastigheter, presisjon og lang levetid. Den lave friksjonskoeffisienten reduserer dessuten energiforbruket og varmeutviklingen, samtidig som den bidrar til å gjøre mekaniske systemer bærekraftige på lang sikt.

Den lave tettheten til silisiumnitrid gjør at keramiske kuler veier betydelig mindre enn stålkuler, noe som gir vektbesparelser i den generelle konstruksjonen og kan være spesielt fordelaktig når det er trangt om plassen i romfart eller andre høyhastighetsapplikasjoner.

Keramiske materialer utvider seg lite ved temperaturendringer, noe som gjør at de kan beholde sin form og størrelse i ekstreme miljøer - noe som gjør keramikk spesielt gunstig i utstyr som må være presist og stabilt i korrosive miljøer, for eksempel rakettmotorer med høy hastighet eller visse ytelsesmodeller av biler.

Silisiumnitridkeramikk er ikke-magnetisk, noe som gjør dem egnet for mange medisinske enheter der magnetiske materialer kan forstyrre avbildningsprosessene. Styrken og holdbarheten gjør dem også til det beste valget i lagerapplikasjoner; hybridlagre som kombinerer stålringer med keramiske kuler, har disse eksepsjonelle egenskapene som gir redusert friksjon, høyere hastighet og lengre levetid sammenlignet med tradisjonelle stålkulelagre.

Lettvekt

Silisiumnitridkuler veier en fjerdedel så mye som stålkuler, noe som gir mer effektive høyhastighetsapplikasjoner uten sentrifugalkraft forårsaket av tyngre kuler, samt lavere vedlikeholdskostnader og nedetidskostnader. I tillegg minimerer de lette kulene friksjonstapene, noe som øker effektiviteten.

Keramiske kuler av silisiumnitrid er kjent for å være tøffe og elastiske, og de tåler store belastninger i tøffe miljøer. På grunn av disse egenskapene brukes kuler av silisiumnitrid i en rekke bransjer, blant annet innen romfart, bilindustri, industri og fornybar energi, for eksempel turbingeneratorer som opererer i høye hastigheter eller høyder - noe som bidrar til å unngå uforutsette vedlikeholdskostnader knyttet til vindmølleparker som ellers kan vise seg å bli kostbare.

Helkeramiske kuler er korrosjonsbestandige og tåler temperaturer helt opp til 1 800 grader uten å ta skade, samtidig som hardheten er dobbelt så høy som for stål, og elastisitetsmodulen er høyere, noe som gjør dem stivere og mer motstandsdyktige mot støtskader enn tilsvarende kuler av stål. I tillegg er de ikke magnetiske, slik at de trygt kan brukes i sensitivt utstyr som MR-maskiner eller maskiner for halvlederproduksjon.

Silisiumnitrid skiller seg fra zirkonia ved at overflaten ikke krever kostbare smøremidler for å motstå slitasje, noe som gjør dem overflødige. Produksjonsprosessene for silisiumnitrid omfatter spraytørking av granulat, kald isostatisk pressing og presisjonsstøping. Deretter gjennomgår de sfæriske kulene strenge inspeksjonsprosesser for størrelse og sfærisk presisjon før de sendes til GPS HIP-sintring og høyeffektiv sliping.

Motstand mot slitasje

Silisiumnitrid er mer enn dobbelt så hardt som stål og tåler ekstreme belastninger ved temperaturer på over 500oF, samt kjemiske angrep fra flussyre og svovelsyre. I tillegg er dette keramiske materialet korrosjonsbestandig, antimagnetisk og elektrisk isolerende, samtidig som det har lav tetthet og utmerkede bøynings- og bruddseighetsegenskaper. Disse egenskapene gjør silisiumnitrid til et utmerket valg for presisjonsmekaniske bruksområder som f.eks. lagre.

Silisiumnitridkuler, som vanligvis brukes i hybridkeramiske kulelagre, gir mye høyere belastningsmotstand og lengre levetid under krevende forhold enn zirkonia. I tillegg har dette materialet lavere tetthet enn zirkonia, noe som muliggjør raskere akselerasjon og høyere hastigheter under skøyteløp, samt redusert rotasjonsmasse, noe som betyr redusert rotasjonsmasse, raskere akselerasjonshastigheter, redusert rotasjonsmasse rotasjonsmasse masseforhold, samt bedre friksjonsmotstand med minimal slitasje under støt- eller vibrasjonshendelser.

I tillegg bidrar den lave friksjonskoeffisienten og de selvsmørende egenskapene til keramiske kuler til deres enestående slitestyrke. Tester utført på glideskiver med gråjern og Al-bronse viste faktisk redusert slitasje av silisiumnitridkeramikk når belastningen økte - dette kan tilskrives dannelsen av tribo-kjemiske beskyttelseslag som reduserer friksjonsskader betydelig, noe som fremgår av røntgenanalyser av slitasjespor (figur 1). I tillegg har disse keramene utmerkede kjemiske motstandsdyktighetsegenskaper samt god kjemisk resistens, noe som muliggjør drift i tøffe miljøer uten behov for ekstra smøring (figur 1 og 2).