Silicium Nitride Ceramische Ballen

Keramische kogels van siliciumnitride bieden veel voordelen ten opzichte van standaard metalen kogels, zoals weerstand tegen hoge temperaturen, lage wrijvingsniveaus en weerstand tegen chemische indringing. Het gebruik ervan verlaagt de onderhoudskosten en verlengt de levensduur van de machine.

Slijp- en leptechnieken die gebruikt worden voor het afwerken van hybride Si3N4 lagertoepassingen kunnen dure, tijdrovende processen zijn die vaak oppervlakken achterlaten met krassen, microscheurtjes, putjes of losgeraakte korrels die de functionaliteit in gevaar brengen. Maar nu is er een eenvoudigere oplossing: geclusterde magnetorheologische afwerking (CMRF). Deze techniek maakt gebruik van geclusterde magnetorheologische effectmagnetoresistentie (CMRF).

Hardheid bij hoge temperatuur

Siliciumnitride is een geavanceerd keramisch materiaal dat is ontworpen voor toepassingen die een hoge temperatuur, corrosie en mechanische belastingstolerantie vereisen. Door zijn duurzaamheid en sterkte draagt siliciumnitride bij aan een grotere efficiëntie en levensduur van machines.

Siliciumnitride onderscheidt zich van metalen doordat het bestand is tegen slijtage, waardoor het veel minder gevoelig is voor corrosie in ruwe omgevingen. Omdat het chemisch inert is, is het bestand tegen agressieve chemicaliën zonder schade op te lopen. Niet-magnetisch en elektrisch isolerend zijn andere voordelen die van siliciumnitride een ideaal materiaal maken.

Keramische materialen worden geclassificeerd op basis van hun weerstand tegen penetratie door een toegepaste kracht (zoals Vickers- of Knoop-indringingstests). Hoe hoger de hardheid, hoe groter de weerstand. Metingen van microhardheid kunnen echter niet eenvoudig worden vergeleken tussen verschillende meetmethoden of apparatuur.

Hardheidsmetingen voor si3n4 keramische kogels zijn afhankelijk van de deeltjesgrootte, korrelstructuur en GB fasen - dit maakt het interpreteren van resultaten van hardheidsmetingen cruciaal. Vickers en Knoop hardheidstesten worden vaak gebruikt om de hardheid van keramiek te meten; hun metingen kunnen echter worden beïnvloed door temperatuur, verplaatsing en veranderingen in de indrukdiepte. Om zeker te zijn van nauwkeurige resultaten is het cruciaal om de aanbevolen testcondities van elke methode te volgen en een indringlichaam te gebruiken dat gekalibreerd is met bekende standaarden - gebruik standaard beladingssystemen en herhaal de test op identieke monsters.

Lichtgewicht

Siliciumnitride keramiek is niet-magnetisch en elektrisch geïsoleerd, bestand tegen corrosie en geschikt voor maritieme omgevingen vanwege het lichte gewicht en het ontbreken van centrifugale kracht op lagers. Omdat het de middelpuntvliedende kracht op lagers vermindert en de bedrijfssnelheden verhoogt - waardoor de wrijving tussen de kogel en de as afneemt en de levensduur toeneemt - is siliciumnitride keramiek een uitstekende materiaalkeuze voor lagers in ruwe omgevingen zoals scheepvaarttoepassingen.

De isolerende eigenschappen van siliciumnitride helpen elektrolytische corrosie voorkomen en beschermen de interne onderdelen, waardoor elektromotoren keramische lagers vaker kunnen gebruiken. Door hun hogere temperatuurtolerantie en belastbaarheid zijn ze ideaal voor gebruik in elektromotoren.

Keramische lagers met siliciumnitride zijn 1/4 lichter dan hun stalen tegenhangers en hebben een uitzonderlijk lage dichtheid en lineaire uitzettingscoëfficiënt in vergelijking met stalen lagers. Dit helpt de wrijvingskrachten te verminderen die gepaard gaan met de rotatiesnelheid en beschermt de binnenoppervlakken tegen schade veroorzaakt door rotatiesnelheidsschommelingen en snelle temperatuursveranderingen. Bovendien is siliciumnitride keramiek door zijn lichte en stijve constructie makkelijker te hanteren voor zware industriële toepassingen die grote lagers vereisen.

Superieure oppervlakteafwerking

Siliciumnitride is niet-poreus en isolerend materiaal dat corrosieproblemen in veeleisende omgevingen elimineert. Bovendien is het lichter dan staal, wat centrifugale kracht, wrijving en slippen vermindert in vergelijking met de stijfheid; bovendien is het temperatuurbestendig, waardoor het ideaal is voor dragende onderdelen.

Eenmaal gesinterd ondergaan keramische kogels een precisieslijpproces om een uniforme grootte en sferische nauwkeurigheid te garanderen voor gebruik in lagertoepassingen. Tot slot krijgen ze een glad oppervlak om wrijving en slijtage in hun uiteindelijke toepassing verder te verminderen. Bovendien zijn si3n4 keramische kogels zowel slijtvast als slagvast, waardoor ze lange tijd effectief kunnen presteren zonder dat ze vaak gesmeerd hoeven te worden.

In dit onderzoek werd een halfvaste magnetorheologische polijstpad ontwikkeld voor het polijsten van het bolvormige oppervlak van een Si3N4 kogel door het uitoefenen van schuifkracht (figuur 1). De slurry voor de afwerking bestond uit 400 ml polijstvloeistof met 4% diamantslijpkorrels (1 mm) en 16% hydroxylijzerpoeders (3 mm).

Om de invloed van afwerkingsparameters op de oppervlakteafwerking van Si3N4 keramische kogels te bestuderen, werd de kinematica van hun afwerkingsproces onderzocht door middel van een analyse van rotatiesnelheden oz en oj en hoeken th en g. Daarnaast toonde visuele sporenanalyse aan dat voor een optimale oppervlakteafwerking met kwaliteitsniveau G5 volgens de nationale norm dit het beste te bereiken was met behulp van polijstparameters zoals rotatieverhouding 30rpm/40rpm met excentriciteit 10mm en bewerkingsspleet van 0,8mm.

Biocompatibel

Si3N4 is een niet-oxide keramisch materiaal met uitstekende mechanische en corrosiebestendige eigenschappen. Het is zelfsmerend, insulair en kan thermische schokken verdragen zonder schade op te lopen; bovendien geleidt het geen elektriciteit, noch magnetisch, noch elektrisch - en toch kan het worden vervaardigd tot hoge precisieniveaus met een goede oppervlakteafwerking die gemiddeld 4-6 nm ruw is.

Siliciumnitride wordt al sinds de jaren 1980 erkend als een ideaal biomateriaal voor medische toepassingen. De mechanische eigenschappen van siliciumnitride evenaren die van titanium, terwijl de hardheid die van aluminiumoxide overtreft, waardoor zware lasten kunnen worden gedragen zonder schade op te lopen; bovendien vertoont siliciumnitride ook gunstige thermomechanische en tribologische eigenschappen.

In-vivotests hebben aangetoond dat Si3N4 implantaten compatibel zijn met menselijk bot en osseo-integratie kunnen bevorderen. Neumann en collega's voerden een experimentele studie uit waarbij Si3N4 implantaten in minipig frontale botdefecten werden geplaatst om te zien hoe ze integreerden. Hieruit bleek dat permeatie door nieuw botweefsel vergelijkbaar was met wat was waargenomen bij PEEK implantaten.

Keramische kogels en races zijn een effectieve manier om de wrijving op een fiets te verminderen en de prestaties te verhogen, terwijl ze tegelijkertijd de fietsefficiëntie verhogen en slijtage op de onderdelen verminderen. Hun gladde oppervlak helpt de middelpuntvliedende kracht en rolwrijving te minimaliseren, wat leidt tot minder slijtage op onderdelen en een lichtgewicht constructie die de fietsefficiëntie verbetert en slijtage op slijtagepunten vermindert. Bovendien is keramiek bestand tegen water en chemicaliën, waardoor het ideaal is voor rijden onder zware omstandigheden.