Silicon Nitride Kogellagers

Siliciumnitride is een keramisch materiaal dat bekend staat om zijn superieure sterkte en duurzaamheid bij hoge temperaturen, zelfs zonder smering. Door de lage dichtheid kan de centrifugale kracht worden verminderd voor een soepele werking, terwijl er geen extra smeermiddelen nodig zijn.

Dit materiaal wordt vervaardigd via sproeidrogen, koud isostatisch persen, GPS HIP sinteren en precisieslijpprocessen die een uniforme grootte en sferische nauwkeurigheid bereiken. Uitgebreide vermoeiingstests met rollend contact hebben de weerstand tegen afsplintering en degradatie bevestigd.

Snelle toepassingen

Keramische kogellagercomponenten hebben een lagere dichtheid dan staal, waardoor ze de centrifugale krachten tijdens het draaien met hoge snelheid verminderen, de precisie optimaal houden en een langere levensduur bieden onder zware bedrijfsomstandigheden. Hoewel ze grotere dynamische belastingen aankunnen, worden ze het vaakst aangetroffen in hybride kogellagers waar hun sterkte en betrouwbaarheid voordelen bieden.

Deze keramische lagers combineren een geschikt kooimateriaal om bestand te zijn tegen oxidatie en corrosie in zware omgevingen. Bovendien zijn ze bestand tegen korte perioden zonder olie en kunnen ze verontreinigde smeermiddelen verdragen zonder degradatie.

Keramische kogels van siliciumnitride hebben het voordeel van een lage dichtheid door hun lagere gewicht en daaruit voortvloeiende lagere centrifugale belasting, wat leidt tot minder centrifugale kracht, wrijving en slijtage. Bovendien is hun thermische uitzettingssnelheid veel lager dan bij metalen materialen, waardoor ze stabieler blijven over een breed temperatuurbereik.

Keramische kogellagers zijn ideaal voor toepassingen met hoge snelheden, zoals spindels van CNC-bewerkingsmachines of tandartsboren, terwijl hun elektrisch isolerende eigenschappen bescherming bieden tegen elektrische vonkvorming in elektromotoren en hun levensduur verlengen. Bovendien zijn ze bestand tegen de zware radiale en axiale belastingen van medische machines zoals MRI-scanners (Magnetic Resonance Imaging).

Toepassingen voor hoge temperaturen

Siliciumnitride is een uitstekende materiaalkeuze voor toepassingen in omgevingen met hoge temperaturen, omdat de hardheid stabiel blijft tot temperaturen van ongeveer 800 graden Celsius, terwijl staal zacht wordt en vermoeid raakt bij ongeveer 400 graden Celsius.

Kogellagers van siliciumnitride zijn ook lichter dan hun stalen tegenhangers, waardoor de centrifugale krachten afnemen en hogere snelheden mogelijk zijn. Bovendien zijn deze keramische lagers zeer goed bestand tegen chemicaliën en andere corrosieve elementen en zijn ze gepolijst tot een uitstekende oppervlakteafwerking die trillingen en geluid vermindert - en niet te vergeten, ze zijn elektrisch isolerend!

Vergeleken met andere keramische materialen biedt heet isostatisch geperst (HIPed) siliciumnitride de optimale combinatie van eigenschappen voor toepassingen bij hoge temperaturen. Het is sterk en duurzaam met een gemiddelde korrelgrootte van 30 micron en een dichtheid die ruwweg de helft is van die van staal; bovendien heeft het een lage uitzettingscoëfficiënt zodat de afmetingen niet veranderen bij verhitting of afkoeling.

Studies naar siliciumnitride keramiek hebben zich voornamelijk gericht op rolcontactmoeheidstesten (RCF) om factoren zoals faalwijze en levensduurvoorspelling te onderzoeken [1] De resultaten van RCF-testen geven een sterke afhankelijkheid aan tussen porositeit, chemische samenstelling en oppervlakteruwheid als bepalende factoren voor rolcontactmoeheid [2-3]. Lange, in elkaar grijpende korrels in HIP siliciumnitride materiaal kunnen de ontwikkeling van scheuren of het uittrekken van korrels onder tribologische spanning helpen voorkomen.

Corrosiebestendige toepassingen

Kogellagers van siliciumnitride kunnen gebruikers in verschillende industrieën kosten besparen door ze te gebruiken in corrosiegevoelige omgevingen, zoals zure, alkalische of zoute oplossingen. Hun levensduur in dergelijke omstandigheden is 4 tot 25 keer langer in vergelijking met stalen lagers.

De hoge hardheid van siliciumnitride maakt het ideaal voor hybride keramische lagers. Deze lagers verminderen de wrijving tussen de wentellichamen en de oppervlakken, waardoor het energieverlies aanzienlijk vermindert en de efficiëntie en betrouwbaarheid toeneemt. Bovendien zorgt de hoge elasticiteitsmodulus ervoor dat keramische kogels na vervorming hun oorspronkelijke vorm terugkrijgen, waardoor hun nuttige levensduur in mechanische systemen die ze gebruiken wordt verlengd.

Volkeramische siliciumnitride lagers zijn zeer geschikt voor ruwe omgevingen, omdat ze tot 800 graden Celsius kunnen werken zonder te degraderen of instabiel te worden. Ze bieden ook een grotere weerstand tegen slijtage, corrosie en kruip dan andere keramische types zoals zirkoniumoxide of aluminiumoxide, waardoor ze de perfecte materiaalkeuze zijn voor toepassingen met hoge snelheden, precisietoepassingen zoals in de motorsport, de industrie of fietsonderdelen. Om hun prestaties te verbeteren, kunnen lagers worden uitgerust met kooien gemaakt van materialen zoals polyimide of PTFE om de warmte gelijkmatiger af te voeren terwijl ze stabiel blijven in omgevingen met extreme temperaturen en een uitstekende weerstand bieden tegen chemicaliën die stalen lagers aantasten.

Elektrische isolatietoepassingen

Siliciumnitride keramiek is een uitstekende elektrische isolator met een hoge diëlektrische sterkte en een laag geleidingsvermogen, waardoor het het ideale materiaal is voor lagers in toepassingen waar elektrische vonken kunnen voorkomen, zoals elektromotoren en industriële apparatuur zoals snelle tandartsboren. Bovendien zijn ze bestand tegen corrosie in omgevingen waar chemische processen plaatsvinden, waardoor de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid onder controle blijven.

Hybride kogellagers zijn essentiële onderdelen van industriële machines. Toepassingen voor hybride kogellagers variëren van elektromotoren en windturbinegeneratoren, auto-onderdelen en ruimtevaartonderdelen tot gereedschappen en instrumenten die precisie vereisen. Siliciumnitride keramiek kan wrijving en slijtage in deze lagers verminderen zodat ze werken met minder smering - wat leidt tot een langere levensduur van de lagers en betere prestaties.

Hybride keramische lagers kunnen zowel droog als minimaal gesmeerd werken, maar het is cruciaal dat voor elke toepassing het juiste smeermiddel wordt gekozen. Siliciumnitride lagers kunnen barsten bij schokbelastingen of overbelasting als ze niet goed ontworpen zijn; er kunnen ook grote verschillen zijn in hun tribologisch gedrag afhankelijk van factoren zoals microstructuur, chemie en additieven van zowel keramische als stalen materialen.

Kogellagers van siliciumnitride zijn lichter dan metalen lagers, wat de centrifugale krachten en trillingen helpt verminderen. Bovendien verminderen hun gladde oppervlakken de wrijving en de behoefte aan smering aanzienlijk. Bovendien hebben keramische siliciumnitride kogellagers uitzonderlijke eigenschappen op het vlak van hardheid, hittebestendigheid en corrosiebestendigheid in vergelijking met hun metalen tegenhangers.