Fördelar med kiselnitrid och Si3n4 Ball

Kiselnitrid är betydligt hårdare än många typer av stål, vilket gör det till det perfekta materialet för applikationer som kräver hög hållfasthet och slitstyrka, t.ex. i miljöer med höga temperaturer som skulle smälta eller förstöra andra material.

EV-reducerarna har hybridlager som består av keramiska kulor och metallbanor för långsiktig prestanda med minimalt underhållsbehov och stilleståndstid. Keramiska hybridlager ger lägre underhållskostnader och snabbare inställningstider än motsvarande lager i metall.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Keramiska kulor av kiselnitrid tål höga temperaturer, vilket gör dem till den perfekta lösningen i miljöer med kemikalier eller fukt som kan korrodera metallytor, behov av elektrisk isolering (t.ex. elektriska motorlager) eller helt enkelt i miljöer med högprecisionsmaskiner. Si3n4-kulor har dessa fördelar, vilket gör dem till ett fantastiskt alternativ när de används i industrier som är beroende av precisionsmaskiner.

Kiselnitridkulornas låga densitet gör att de är lättare än stål, vilket minskar centrifugalkraften under rotationen och möjliggör högre hastigheter. Denna egenskap gör dessa kulor särskilt användbara i applikationer som kräver snabba, jämna rotationer - t.ex. utrustning för tillverkning av halvledare.

Kiselnitrid är icke-magnetiskt och en elektrisk isolator, vilket bidrar till att förhindra elektrisk korrosion i elmotorer och därmed förtida lagerbrott. Dessutom har detta material en långsiktig hållbarhet som minimerar underhålls- och reparationskostnaderna under en maskins livslängd. Dessutom har si3n4-keramiska kulor hög brottseghet för att motstå oavsiktliga stötar eller vibrationer utan att spricka; detta minskar skaderisken från oavsiktliga stötar eller vibrationer, som annars skulle kunna skada andra lagermaterial.

Hög styvhet

Kulor av kiselnitrid expanderar inte mycket när de utsätts för värme, vilket gör dem mycket styva och kapabla att behålla sin form även under intensivt tryck. Denna egenskap gör hybridlager särskilt fördelaktiga eftersom de bidrar till att minska friktionsförluster och effektförluster för förbättrad effektivitet och hastighet.

Tack vare sin överlägsna styvhet kan si3n4-kulor också användas säkert i snabbroterande system utan risk för skador, eftersom deras låga densitet minskar centrifugalspänningen. Detta gör dem perfekta för användning i hybridlager - särskilt i elmotorer där frekvent rotation annars skulle kunna leda till förtida slitage och fel.

Keramiska kulor av kiselnitrid tillverkas av råmaterial med hög renhetsgrad som blandas med tillsatser som yttriumoxid innan de mals till små partiklar och pressas till sfärisk form genom antingen kall isostatisk pressning eller GPS (gastryckssintring), båda processerna kräver noggrann tryckapplicering för att undvika defekter som skulle kunna äventyra produktkvaliteten.

Hög slitstyrka

Kiselnitrid är ett utmärkt materialval för applikationer som kräver hög motståndskraft mot friktion, värme, korrosion och magnetiska krafter. Dess lättviktsegenskaper bidrar till att minska slirning vid acceleration eller höga hastigheter, medan dess måttliga värmeledningsförmåga och låga värmeutvidgningskoefficient bidrar till minskade kylningskostnader.

Kiselnitrid står sig väl i jämförelse med stål, det är både hårdare och segare. Dessutom gör dess korrosionsbeständighet det idealiskt för elektriska applikationer; detta material används ofta i tillverkningsmaskiner som bearbetningsverktyg, vakuum- och precisionsutrustningskomponenter och lager som används på centrifugal- och vakuumpumpar.

Kiselnitrid skiljer sig från traditionella keramer genom att fungera utan smörjning i vissa miljöer, vilket avsevärt minskar underhållsbehovet och eliminerar risken för vätskekontaminering. Fullkompletterade Si3N4-lager med burar i PEEK eller 316 rostfritt stål är lämpliga för många krävande applikationer och klarar temperaturer på upp till 1200 grader Celsius samtidigt som deras höga lastkapacitet gör att de kan hantera högre hastigheter än lager med burar - vilket ger högre effektivitet för applikationer som involverar flera rörliga delar eller tunga dynamiska belastningar.

Låg friktion

Kulor av kiselnitrid ger lägre friktion än motsvarande kulor av stål, vilket gör dem till ett utmärkt val för höghastighetsapplikationer. Deras minskade energiförlust och slitage ger längre lagerlivslängd med lägre underhållskostnader; dessutom expanderar de inte nämnvärt vid värmeförändringar, vilket gör dem lämpliga för miljöer med frekventa temperaturväxlingar.

Genom att tillsätta GNP:er till Si3N4-keramik förbättras dess mekaniska egenskaper och tribologiska prestanda. GNP:er ökar hårdheten, trepunktsböjhållfastheten och brottsegheten medan brottsegheten förblir oförändrad; deras inverkan begränsas dock av dålig smörjning från fasta smörjmedel som härrör från kiselgel.

Forskarna har utvecklat litium- och polyureafetter med PAO40-basolja som ett försök att lösa detta problem genom att utveckla litium- och polyureafetter med PAO40-basolja som kan förbättra de tribologiska egenskaperna hos 6204 hybridkeramiska kulor. Resultaten visade hur morfologin hos förtjockningsmedlet avsevärt påverkade dess förmåga att minska friktionsmoment och vibrationer - ett viktigt resultat med tanke på att smörjning vid gränssnittet mellan keramik och fett är avgörande för att förbättra Si3N4-keramikens egenskaper.

Icke-magnetisk

Keramiska kulor av kiselnitrid är icke-magnetiska, vilket gör dem till det perfekta valet för applikationer som kräver låga magnetfält, t.ex. medicinsk bildutrustning som MR-skannrar. Deras elektriskt isolerande egenskaper förhindrar elektriska ljusbågar under användning, vilket förlänger lagrets livslängd.

Lättviktslager minskar centrifugalkraften och nötningen vid höga hastigheter, vilket sparar energikostnader i form av minskad centrifugalkraft och förslitningsskador på lagren. Tack vare måttliga värmeutvidgningstal och lägre friktionskoefficienter kan de köras vid högre temperaturer samtidigt som de sparar energikostnader.

Traditionell tillverkning av Si3N4-kulor utfördes genom slipning och polering med diamantslipmedel under höga belastningar (upp till flera tiotals N/boll) och temperaturer, vilket resulterade i repor, gropar och mikrosprickor i ytfinishen. Men tack vare den nya magnetoreologiska poleringstekniken för kluster krävs inte längre denna dyra och tidskrävande process; med släta ytor utan skador under ytan, vilket avsevärt förbättrar den färdiga produktens hållbarhet och tillförlitlighet. Faktum är att denna nya poleringsmetod redan har tillämpats framgångsrikt vid tillverkning av funktionell keramik som yttriumstabiliserad zirkoniumdioxid och funktionell keramik som yttriumstabiliserad zirkoniumdioxid.