Voordelen van Silicium Nitride en Si3n4 Kogel

Siliciumnitride is aanzienlijk harder dan veel staalsoorten, waardoor het het perfecte materiaal is voor toepassingen die een hoge sterkte en slijtvastheid vereisen, zoals in omgevingen met hoge temperaturen die andere materialen zouden smelten of vernietigen.

EV reductoren zijn uitgerust met hybride lagers bestaande uit keramische kogels en metalen loopbanen voor langdurige prestaties met een minimum aan onderhoud en stilstandtijd. Keramische hybride lagers bieden lagere onderhoudskosten en snellere insteltijden dan hun metalen tegenhangers.

Weerstand tegen hoge temperaturen

Keramische kogels van siliciumnitride zijn bestand tegen hoge temperaturen, waardoor ze de ideale oplossing zijn voor omgevingen met chemicaliën of vocht die metalen oppervlakken kunnen aantasten, voor elektrische isolatie (bijvoorbeeld lagers van elektromotoren) of gewoon voor omgevingen waar machines met hoge precisie worden gebruikt. Si3n4 kogels bieden deze voordelen, waardoor ze een fantastische optie zijn voor gebruik in industrieën die afhankelijk zijn van precisiemachines.

Door hun lage dichtheid zijn siliciumnitride kogels lichter dan staal, waardoor de centrifugale kracht tijdens het draaien afneemt en hogere snelheden mogelijk zijn. Deze eigenschap maakt deze kogels vooral nuttig in toepassingen die snelle, soepele rotaties vereisen, zoals apparatuur voor de productie van halfgeleiders.

Siliciumnitride is niet-magnetisch en een elektrische isolator, wat elektrische corrosie in elektromotoren en dus vroegtijdige uitval van lagers helpt voorkomen. Bovendien heeft dit materiaal een lange levensduur waardoor de onderhouds- en reparatiekosten gedurende de levensduur van een machine minimaal zijn. Bovendien bezitten si3n4 keramische kogels een hoge breuktaaiheid om bestand te zijn tegen toevallige schokken of trillingen zonder te barsten; dit vermindert het risico op schade door toevallige schokken of trillingen, die anders andere lagermaterialen zouden kunnen beschadigen.

Hoge stijfheid

Siliciumnitride kogels zetten niet veel uit wanneer ze worden blootgesteld aan hitte, waardoor ze zeer stijf zijn en hun vorm zelfs onder intense druk kunnen behouden. Deze eigenschap maakt hybride lagers bijzonder voordelig door wrijvingsverliezen en vermogensverliezen te helpen verminderen voor een betere efficiëntie en snelheid.

Door hun superieure stijfheid kunnen si3n4 kogels ook veilig worden gebruikt in snel roterende systemen zonder risico op schade, omdat hun lage dichtheid de centrifugale spanning vermindert. Hierdoor zijn ze perfect voor gebruik in hybride lagers - met name elektromotoren waar frequente rotatie anders zou kunnen leiden tot voortijdige slijtage en defecten.

Keramische kogels van siliciumnitride worden gemaakt met hoogzuivere grondstoffen die zijn gemengd met additieven zoals yttrium voordat ze tot kleine deeltjes worden vermalen en in een bolvorm worden geperst door middel van koud isostatisch persen of GPS (gasdruksinteren). Beide processen vereisen een zorgvuldige toepassing van de druk om fouten te voorkomen die de productkwaliteit in gevaar zouden brengen.

Hoge slijtvastheid

Siliciumnitride is een uitstekende materiaalkeuze voor toepassingen die een hoge weerstand tegen wrijving, hitte, corrosie en magnetische krachten vereisen. De lichtgewicht eigenschappen helpen slippen bij versnellingen of snelheden te verminderen, terwijl de matige thermische geleidbaarheid en lage thermische uitzettingscoëfficiënt bijdragen aan lagere koelingskosten.

Siliciumnitride houdt zich goed staande in vergelijking met staal; het is zowel harder als taaier. Bovendien is het door zijn corrosiebestendigheid ideaal voor elektrische toepassingen; dit materiaal wordt vaak gebruikt bij de productie van machines zoals gereedschappen voor machinale bewerking, onderdelen voor vacuüm- en precisieapparatuur en lagers voor centrifugaal- en vacuümpompen.

Siliciumnitride onderscheidt zich van traditionele keramiek doordat het in bepaalde omgevingen zonder smering werkt, waardoor er aanzienlijk minder onderhoud nodig is en er geen risico is op verontreiniging door vloeistoffen. Volledig complementaire Si3N4 lagers met kooien van PEEK of 316 roestvrij staal zijn geschikt voor veel veeleisende toepassingen en zijn bestand tegen temperaturen tot 1200°C, terwijl ze dankzij hun hoge belastbaarheid hogere snelheden aankunnen dan kooilagers - waardoor ze efficiënter zijn voor toepassingen met meerdere bewegende delen of zware dynamische belastingen.

Lage wrijving

Siliciumnitride kogels hebben een lagere wrijving dan hun stalen tegenhangers, waardoor ze een uitstekende keuze zijn voor hogesnelheidstoepassingen. Hun verminderde energieverlies en slijtage resulteren in langere lagerlevensduur met lagere onderhoudskosten. Bovendien zetten ze niet veel uit bij warmteveranderingen, waardoor ze geschikt zijn voor omgevingen met frequente temperatuurschommelingen.

Toevoeging van GNPs aan Si3N4 keramiek verbetert hun mechanische eigenschappen en tribologische prestaties. GNP's verhogen de hardheid, driepuntsbuigsterkte en breuktaaiheid terwijl de breuktaaiheid onveranderd blijft; hun invloed wordt echter beperkt door slechte smering door vaste smeermiddelen afgeleid van silicagel.

Onderzoekers hebben lithium en polyurea vetten met PAO40 basisolie ontwikkeld in een poging dit probleem aan te pakken door lithium en polyurea vetten met PAO40 basisolie te ontwikkelen die de tribologische prestaties van 6204 hybride keramische kogels zouden kunnen verbeteren. Hun bevindingen toonden aan hoe de morfologie van het verdikkingsmiddel een significante invloed had op hun vermogen om wrijvingskoppel en trillingen te verminderen - een belangrijke bevinding gezien het feit dat smering op het grensvlak tussen keramiek en vet een integraal onderdeel is van het verbeteren van de eigenschappen van Si3N4 keramiek.

Niet-magnetisch

Keramische kogels van siliciumnitride zijn niet-magnetisch, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die een laag magnetisch veld vereisen, zoals medische beeldvormingsapparatuur zoals MRI-scanners. Hun elektrisch isolerende eigenschappen voorkomen elektrische vonken tijdens het gebruik, waardoor de levensduur van de lagers wordt verlengd.

Lichtgewicht lagers verminderen de centrifugaalkracht en slijtage bij hoge snelheden, waardoor energiekosten worden bespaard in de vorm van minder centrifugaalkracht en slijtageschade aan lagers. Dankzij de gematigde thermische uitzettingssnelheden en lagere wrijvingscoëfficiënten kunnen ze bij hogere temperaturen draaien en tegelijk energiekosten besparen.

Bij de traditionele productie van Si3N4 kogels werd er geslepen en gepolijst met diamantslijpmiddel onder hoge belastingen (tot enkele tientallen N/kogels) en temperaturen, wat resulteerde in krassen, putjes en microscheurtjes in de oppervlakteafwerking. Maar dankzij de nieuwe magnetorheologische polijsttechnologie van Cluster is dit dure en tijdrovende proces niet langer nodig, met gladde oppervlakken zonder schade aan de ondergrond, wat de duurzaamheid en betrouwbaarheid van het eindproduct aanzienlijk verbetert. In feite is deze nieuwe polijstmethode al met succes toegepast bij de productie van functionele keramiek zoals yttriumgestabiliseerd zirkoonoxide en functionele keramiek zoals yttriumgestabiliseerd zirkoonoxide.