Silicium Nitride Ballen

Siliciumnitride kogels zijn bestand tegen verschillende temperaturen en chemische omgevingen zonder na verloop van tijd te degraderen, waardoor de efficiëntie en levensduur van machines toeneemt.

Medische apparaten die een nauwkeurige diagnose vereisen zonder magnetische interferentie vertrouwen vaak op niet-magnetische lagers om elektromagnetische vonken te vermijden in lagers die in zware omgevingen werken, terwijl niet-magnetische lagers elektrische vonken voorkomen die anders zouden kunnen leiden tot defecten aan het lager.

Hardheid

Siliciumnitride (Si3N4) is een buitengewoon keramisch materiaal dat een revolutie in de industrie teweeg heeft gebracht. Si3N4 wordt voornamelijk gebruikt in hoogwaardige volledig en hybride keramische lagers die een lage wrijving, temperatuurbestendigheid en slijtvastheid vereisen; de sterke maar lichte constructie van Si3N4 maakt het geschikt voor ruwe omgevingen zonder oliesmering; de chemische bestendigheid omvat zuren en alkaliën terwijl het elektrisch isolerend is; het werkt zelfs onder water!

Dit materiaal heeft een hoge hardheid (Rockwell C), hoge elasticiteitsmodulus en vermoeiingssterkte. Bovendien maakt de weerstand tegen oxidatie en corrosie het een uitstekende keuze voor lagers die onder extreme omstandigheden worden gebruikt.

Si3N4 kogels roesten of eroderen niet onder zware belastingen of extreme omstandigheden zoals staal dat doet; hun lichtgewicht constructie vermindert de centrifugale krachten en rolcontactkrachten tijdens hoge snelheden, waardoor hogere werksnelheden mogelijk zijn. Hun isolerende eigenschappen beschermen ze ook tegen elektrolytische corrosie - een essentiële factor om de levensduur van mechanische systemen te verlengen.

De productie van Si3N4 keramische kogels omvat sproeidrogen granulatie, koud isostatisch persen en GPS heet isostatisch persen (HIP) om dichte bolvormen te vormen met G5 precisie en kwaliteitsklasse 1 materiaal. Tijdens HIP worden sinteratmosferen gecreëerd om de deeltjes onder hun smeltpunt te binden en de sterkte te verbeteren; ten slotte wordt het oppervlak van elke bolvorm geslepen om onvolkomenheden te verwijderen en een oppervlak met betere prestaties te creëren.

Weerstand tegen hoge temperaturen

Siliciumnitride keramiek heeft een superieure hittebestendigheid, waardoor het een ideaal materiaal is voor toepassingen die hoge snelheden, precisie en een lange levensduur vereisen. Bovendien vermindert hun lage wrijvingscoëfficiënt het energieverbruik en de warmteontwikkeling, terwijl het bijdraagt aan de duurzaamheid van mechanische systemen op de lange termijn.

Door de lage dichtheid van siliciumnitride wegen keramische kogels aanzienlijk minder dan stalen kogels, wat leidt tot gewichtsbesparing in het totale ontwerp en vooral voordelig kan zijn als er weinig ruimte is in de ruimtevaart of andere toepassingen met hoge snelheden.

Keramische materialen zetten niet veel uit bij temperatuurveranderingen, waardoor ze hun vorm en grootte kunnen behouden in extreme omgevingen - iets wat keramiek bijzonder nuttig maakt in apparatuur die nauwkeurig en stabiel moet blijven in corrosieve omgevingen, zoals raketmotoren met hoge snelheid of bepaalde modelauto's met hoge prestaties.

Siliciumnitride keramiek is niet magnetisch, waardoor het geschikt is voor veel medische apparatuur waar magnetische materialen het beeldvormingsproces zouden kunnen verstoren. Door hun sterkte en duurzaamheid zijn ze ook de beste keuze in lagertoepassingen; hybride lagers die stalen loopvlakken combineren met keramische kogels beschikken over deze uitzonderlijke eigenschappen om minder wrijving, hogere snelheden en een langere levensduur te bieden in vergelijking met traditionele stalen kogellagers.

Lichtgewicht

Siliciumnitride kogels wegen een kwart zo veel als stalen kogels, wat zorgt voor efficiëntere hogesnelheidstoepassingen zonder centrifugale kracht die veroorzaakt wordt door zwaardere kogels, en lagere onderhouds- en stilstandkosten. Bovendien minimaliseert hun lichtheid wrijvingsverliezen, wat de efficiëntie verhoogt.

Keramische kogels van siliciumnitride staan bekend om hun taaiheid en veerkracht, waardoor ze bestand zijn tegen zware belastingen in ruwe omgevingen. Vanwege deze eigenschappen worden siliciumnitride kogels gebruikt in tal van industrieën, waaronder de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie, de industrie en duurzame energietoepassingen zoals turbinegeneratoren die op hoge snelheden of hoogtes werken - dit helpt ongeplande onderhoudskosten te voorkomen die anders duur kunnen uitvallen bij windmolenparken.

Volledig keramische bollen zijn corrosiebestendig en bestand tegen temperaturen tot 1800 graden F zonder schade op te lopen, terwijl hun hardheid twee keer hoger is dan die van staal en hun elasticiteitsmodulus hoger is, waardoor ze stijver zijn en beter bestand tegen impactschade dan hun stalen tegenhangers. Bovendien zijn ze niet magnetisch, zodat ze veilig kunnen worden gebruikt in gevoelige apparatuur zoals MRI-machines of halfgeleiderproductiemachines.

Siliciumnitride verschilt van zirkoniumoxide doordat het oppervlak geen dure smeermiddelen nodig heeft om slijtage tegen te gaan. De productieprocessen voor siliciumnitride omvatten sproeidroogkorreling, koud isostatisch persen en precisiegiettechnieken, waarna de resulterende sferische bolletjes strenge inspectieprocessen ondergaan voor grootte en sferische precisie voordat ze naar GPS HIP-sinteren en zeer efficiënt slijpen gaan.

Slijtvastheid

Siliciumnitride is meer dan twee keer zo hard als staal en is bestand tegen extreme belastingen bij temperaturen boven 500oF en chemische aanvallen van fluorwaterstofzuur en zwavelzuur. Bovendien is dit keramische materiaal corrosiebestendig, antimagnetisch en elektrisch isolerend, en heeft het een lage dichtheid met uitstekende buig- en breuktaaiheidseigenschappen. Deze eigenschappen maken siliciumnitride een uitstekende keuze voor mechanische precisietoepassingen zoals lagers.

Siliciumnitride kogels, die meestal gebruikt worden in hybride keramische kogellagers, bieden een veel hogere belastingsweerstand en een langere levensduur onder veeleisende omstandigheden dan zirconia kogels. Bovendien heeft dit materiaal een lagere dichtheid dan zirkoniumoxide, waardoor een snellere acceleratie en hogere snelheden tijdens het schaatsen mogelijk zijn, evenals een lagere rotatiemassa, wat zich vertaalt in een lagere rotatiemassa, snellere acceleratiesnelheden, een lagere verhouding rotatiemassa en een betere wrijvingsweerstand met minimale slijtage tijdens schokken en trillingen.

Bovendien dragen de lage wrijvingscoëfficiënt en zelfsmerende eigenschappen van keramische kogels bij aan hun uitstekende slijtvastheid. Tests uitgevoerd op glijschijven met grijs gietijzer en Al-brons toonden minder slijtage van siliciumnitride keramiek bij toenemende belasting - dit kan worden toegeschreven aan de vorming van tribo-chemische beschermende lagen die wrijvingsschade aanzienlijk verminderen, zoals blijkt uit röntgenanalyse van slijtagesporen (figuur 1). Bovendien hebben deze keramieken uitstekende chemische bestendigheidseigenschappen en een goede chemische bestendigheid waardoor ze onder zware omstandigheden kunnen worden gebruikt zonder dat er extra smering nodig is (afbeeldingen 1 & 2).