Skadedefekter på Si3N4-kulelagre

Skadedefekter på Si3N4-kuler har direkte innvirkning på utmattingslevetiden. Skadene kan skyldes produksjonsfeil på innsiden eller overflaten, noe som påvirker bruddseighet, bøyemotstand og slagfasthet.

Tradisjonell polering med diamantslipemidler etterlater kulelageret med riper, groper og mikrosprekker, noe som reduserer lagerets levetid betydelig og ødelegger overflaten.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Silisiumnitridlagre er kjemisk inerte, noe som gjør dem egnet for miljøer der tradisjonelle stållagre raskt ville blitt nedbrutt, for eksempel i næringsmiddelindustrien, der lagrene kan komme i kontakt med vann, kjemikalier og forurensninger. Disse høytemperaturlagrene er dessuten gode kandidater for bruk i gassturbiner eller elektriske motorer.

Kulelagre i silisiumnitrid er betydelig lettere enn kulelagre i stål, noe som reduserer sentrifugalkraften under rotasjon og muliggjør høyere hastigheter uten at det går ut over stabilitet eller ytelse. Denne egenskapen gjør silisiumnitridlagre ideelle for presisjonsapplikasjoner som romfart og bilindustrien.

Silisiumnitridkeramikk har også ikke-ledende egenskaper som forhindrer elektrisk korrosjon - en uvurderlig egenskap i hybridlagre som ofte kan komme i kontakt med elektrisk strøm. Med slike fordeler og mer til har silisiumnitridkeramikk blitt det foretrukne materialvalget for krevende bruksområder.

For å sikre kvaliteten på si3n4-kulelagrene våre følger vi en streng produksjonsprosess fra granulering av råmateriale via spraytørking, kald isostatisk trykkstøping, støping av nettostørrelse, GPS HIP-sintring og høyeffektiv sliping og polering. Dette resulterer i keramiske kuler med høy presisjon og redusert friksjon og slitasje som oppfyller strenge spesifikasjoner; de testes og inspiseres før de sendes ut for testing, noe som gjør lagrene våre til det foretrukne valget for industrielle applikasjoner og applikasjoner med høy hastighet.

Motstandsdyktighet mot høye temperaturer

Silisiumnitrid (Si3N4) er et av de mest termodynamisk stabile tekniske keramiske materialene. I tillegg har det høy styrke og holdbarhet, noe som gjør det velegnet til krevende bruksområder innen romfart og høyhastighetsutstyr, og det er motstandsdyktig mot høye temperaturer og kjemikalier som forårsaker korrosjon. Disse egenskapene gjør Si3N4 til et ideelt materialvalg.

Silisiumnitridkuler gir klare fordeler i forhold til stållagre når det gjelder vektbesparelser og friksjonsreduksjon, med mindre sentrifugalkraft som kreves for å betjene dem og mindre varme som genereres under rotasjonsdriften. De er et ideelt valg for applikasjoner som krever jevn rotasjon med høy hastighet.

Si3N4 er ikke-magnetisk og elektrisk isolerende, noe som gjør det til et utmerket valg for høyvakuumapplikasjoner. Materialet er dessuten motstandsdyktig mot kjemisk korrosjon - selv eksponering for sterke syrer og baser har liten innvirkning - samtidig som det er ideelt for bruk i havet (det kan til og med senkes helt ned i vannet uten å ta skade av omgivelsene).

Si3N4 har også utmerket slitestyrke, noe som bidrar til at det forblir nøyaktig og stabilt når temperaturen svinger, og dermed reduserer hyppigheten av vedlikeholdsbesøk, noe som reduserer driftskostnadene ytterligere. Disse fordelene gjør silisiumnitrid til et attraktivt alternativ for romfart og andre krevende bruksområder. Den lave friksjonen bidrar til å minimere energitap og samtidig øke utstyrets effektivitet, noe som reduserer vedlikeholdskostnadene ytterligere og forlenger lagrenes levetid, slik at utskiftnings- eller reparasjonsbehovet reduseres.

Høy styrke

Keramisk silisiumnitrid har høy styrke, noe som betyr at det tåler enorme mekaniske påkjenninger. Denne egenskapen gjør silisiumnitrid til et utmerket materialvalg for verktøymaskiner og hydrauliske applikasjoner der lagrene må tåle store belastninger ved høye hastigheter. I tillegg forhindrer styrken deformasjoner under belastning som kan føre til skader eller for tidlig svikt i lagrene.

Silisiumnitridlagre er lette, noe som reduserer sentrifugalkraften. Dette gjør dem ideelle for høyhastighetsapplikasjoner der andre kulelagertyper kan bli skadet av varme og friksjon, for eksempel i elektriske motorer der kobberlagre kan forårsake elektrolytisk korrosjon som fører til tidlig svikt. Den elektriske isolasjonen av silisiumnitrid beskytter også mot elektrolytisk korrosjon - en viktig egenskap i elektriske motorer der kobberlagre ellers kan føre til elektrolytisk korrosjon som fører til tidlig svikt.

Silisiumnitridens lave lineære ekspansjonskoeffisient gjør at lagrene ikke låser seg eller setter seg fast under temperaturendringer, i motsetning til rustfritt stål som kan forårsake problemer med akselpassform og dimensjonsendringer når det utsettes for temperaturendringer. Den lave friksjonskoeffisienten minimerer dessuten energitapet, noe som gir bedre systemytelse i de systemene der disse lagrene brukes.

Silisiumnitrid er ikke-magnetisk og er derfor ideelt for medisinsk utstyr som MR-maskiner, der magnetiske materialer kan forstyrre avbildningsprosessen. Materialet har dessuten eksepsjonell kjemisk resistens, noe som gjør det mulig å bruke det i marine applikasjoner eller kjemisk prosessutstyr.

Tøffhet

Silisiumnitrid er et ekstremt hardt og slitesterkt keramisk materiale som motstår deformasjon - en fordel i høyhastighets lagerapplikasjoner der sentrifugalkreftene øker belastningen på rulleelementene. Den lave tettheten til silisiumnitrid reduserer dessuten energitap forårsaket av friksjon og varmeutvikling, noe som bidrar til økt systemeffektivitet og lang levetid.

Silisiumnitrid har jevn styrke på tvers av temperaturgradienter og en lavere ekspansjonskoeffisient enn zirkonia eller aluminiumoksid, noe som gjør det egnet for bruk i gassturbiner med høy temperatur uten at det brytes ned i tøffe, korrosive miljøer. Silisiumnitrid har dessuten utmerket motstand mot utmattelse ved rullende kontakt, noe som bidrar til å forhindre den katastrofale avspaltingsfeilen som ofte oppstår ved bruk av lagermaterialer av zirkoniumoksid.

Det er utviklet en innovativ mekanisk test for nøyaktig evaluering av bruddseigheten til kuler av silisiumnitrid. Denne testen benytter en diametralt komprimert kule med halvkuleformede matriser. Strekkspenning påføres ved kulens ekvator, og en forsprekk plasseres nær kulens senter. Målinger av sprekkveksthastighet og inntrykksbaserte beregningsmetoder bestemmer bruddseighetsverdiene, og gir resultater som stemmer godt overens med publiserte verdier.

Partikkeldefekter som pore- og sprekkdefekter kan skade keramiske kuler og forkorte levetiden, ofte som et resultat av enten sintringsprosessen eller sliping/slitasje. For å forstå hva som forårsaker slike overflatedefekter, kreves det omfattende kunnskap om deres mekanikk i forhold til utmattingsytelse i keramiske kulelagre.