Silisiumnitridkule for høyhastighetslagre

Keramiske kuler av silisiumnitrid er lettere, glattere, stivere og hardere enn stållagre - egenskaper som gjør dem bedre egnet til krevende bruksområder. Materialegenskapene bidrar dessuten til overlegen ytelse, noe som gir høyere hastigheter, lavere driftstemperaturer og lengre levetid for smøremidler.

Denne artikkelen utvikler en empirisk modell for varmeutvikling i fettsmurte helkeramiske vinkelkontaktkullager med fettsmøring, og optimaliserer friksjonsmomentkoeffisienten basert på de keramiske materialenes egenskaper.

Motstandsdyktighet mot høye temperaturer

Silisiumnitrids evne til å motstå varme betyr at det kan kjøres i høyere hastigheter uten at friksjonen forringes, noe som gjør det ideelt for bruksområder som bil- og romfartsmaskiner. Materialets korrosjonsbestandighet gjør det dessuten anvendelig i tøffe miljøer eller ved ekstreme temperaturer.

Materialets elektriske isolasjonsegenskaper hindrer uønsket strøm i å flyte gjennom, noe som reduserer friksjonen i elektriske motoraksler og forbedrer effektiviteten, ytelsen, påliteligheten og levetiden. Materialets ikke-magnetiske egenskaper gjør det dessuten trygt å bruke det i magnetresonanstomografer (MRI), der magnetiske materialer ellers ville forstyrre bildeprosessen.

I tillegg har aluminium lavere tetthet enn stål og utvider seg mindre ved temperaturendringer, noe som bidrar til å redusere sentrifugalkreftene og samtidig holde lagrene presise i miljøer med høye temperaturer. Dette er spesielt nyttig for kjøretøyer som raketter og enkelte ytelsesmodellbiler, der temperaturene kan bli svært høye. Holdbarheten gjør det også til en nøkkelingrediens i hybridkullager som er utviklet for å håndtere applikasjoner med høyere hastigheter.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Silisiumnitrid har overlegen korrosjons- og oksidasjonsbestandighet, noe som gjør det egnet for bruk i tøffe miljøer. Materialets høye syrebestandighet gjør det dessuten svært godt egnet til bruk i saltsyre-, svovelsyre- eller salpetersyremiljøer. I tillegg bidrar de selvsmørende egenskapene til å minimere friksjon og slitasje på bevegelige deler. Silisiumnitridkuler er også selvsmørende, noe som reduserer friksjonen ytterligere.

Lav vekt og sentrifugalkraftmotstand gjør disse lagrene ideelle for høyhastighetsoperasjoner, noe som gjør dem egnet for tannlegebor eller andre verktøymaskiner som krever jevn rotasjon ved høye hastigheter, som tannlegebor. I tillegg kan de med fordel brukes i presisjonsapplikasjoner.

Den glatte overflaten reduserer friksjonen, noe som fører til mindre energitap og varmeutvikling - noe som til syvende og sist forbedrer effektiviteten og forlenger levetiden. I tillegg tåler disse lagrene høye temperaturer uten å degraderes, noe som bidrar til å forhindre overoppheting i bruksområder som elektriske motorer. Til slutt bidrar de elektrisk isolerende egenskapene til å unngå lysbuer som forstyrrer sensitiv elektronikk i medisinsk utstyr - denne egenskapen kan spare penger i form av vedlikeholdskostnader eller utgifter til utskifting.

Forebygging av elektrisk lysbue

Silisiumnitridkuler er ideelle for høyhastighetsapplikasjoner der risikoen for korrosjon og lysbuer er høy, ettersom de isolerende egenskapene eliminerer skader forårsaket av elektrisk strøm, samtidig som de forhindrer at lagerkomponenter av stål danner lysbuer seg imellom, noe som forlenger levetiden til hybridkeramiske lagre som brukes i elektriske motorer og annet utstyr som er utsatt for konstant elektrisk strøm.

Silisiumnitrid er ikke-magnetisk, noe som gjør det til det perfekte materialvalget for medisinsk utstyr som er avhengig av magnetfelt for å oppnå stabilitet, for eksempel MR-maskiner. Materialet har dessuten overlegen mekanisk ytelse takket være høy styrke og destruktiv seighet, samt kjemisk motstandskraft som gjør det egnet for bruk i korrosive miljøer.

Silisiumnitridkeramikk har lav tetthet som minimerer sentrifugalkraften og friksjonen ved høyere hastigheter, noe som gir raskere driftshastigheter. Den lavere varmeutvidelseskoeffisienten enn stål gjør det dessuten mulig å oppnå presise toleranser i miljøer der metallkuler normalt ville blitt deformert, og gjør det også mulig å arbeide uten behov for ekstra smøremidler. Dette gjør at den kan fungere effektivt selv der det ikke er praktisk å tilføre ekstra smøremidler.

Ikke-magnetisk

Silisiumnitridkuler tåler ekstremt høye temperaturer uten å degraderes, noe som gjør dem til det perfekte materialet for bruk i lagre som brukes i tøffe miljøer som korrosjonsutsatte raketter eller biler, eller utstyr som opererer i høye hastigheter som raketter eller biler. De ikke-magnetiske egenskapene gjør dem også nyttige i medisinsk utstyr som MR-maskiner, der magnetiske materialer kan forstyrre avbildningen.

Silisiumnitridens lave tetthet bidrar til å minimere sentrifugalkraften når lagrene roterer, noe som er avgjørende for høyhastighetsapplikasjoner og bidrar til å forhindre tidlig avskalling og forlenge levetiden.

Elektriske isolasjonsegenskaper forhindrer lysbuer som forårsaker tidlig svikt i motorlagrene i el- og hybridbiler. Dette forlenger levetiden og forbedrer den generelle ytelsen. Den lineære ekspansjonskoeffisienten er omtrent en fjerdedel av den for stållagre, slik at de kan brukes i miljøer med raske temperaturendringer uten at de "låser seg" eller endrer dimensjon like raskt. De tåler til og med tøffe miljøer med syrer, baser og sjøvann uten problemer i lengre perioder.