Keramiska kulor av kiselnitrid

Keramiska kulor av kiselnitrid har otroliga mekaniska egenskaper, t.ex. styrka och hårdhet. Dessutom har dessa kulor utmärkt korrosionsbeständighet samt självsmörjande egenskaper som eliminerar behovet av ytterligare smörjmedel som kan förorena produktionsmiljöerna.

CoorsTek tillverkar keramiska precisionskulor för användning i så skilda applikationer som tandläkarborrar, vakuumpumpar, spindlar till verktygsmaskiner och mätinstrument. Varje kula är specialkonstruerad enligt skräddarsydda materialegenskaper med strikta inspektionsstandarder för storlek, sfärisk precision och ytfinish.

Lättvikt

Keramiska kulor av kiselnitrid är precisionstillverkade komponenter som ökar effektiviteten och livslängden hos kritiska maskiner inom sektorer som flyg-, fordons- och energisektorn. Dessa hårda keramer är sega men ändå lätta samtidigt som de motstår värme och slitage; dessutom har de elektriskt isolerande egenskaper som hjälper till att förhindra elektrolytisk korrosion.

Kiselnitridkeramikens låga friktionsegenskaper möjliggör minskad energiförbrukning och effektförlust vid cykliska tillämpningar. Dessutom är dessa kulor självsmörjande, vilket eliminerar behovet av externa smörjmedel som annars kan orsaka friktionsskador och föroreningar - något som är särskilt fördelaktigt i höghastighets- och ultrahöghastighetsapplikationer där rotationshastigheterna överstiger det normala.

Kiselnitridkeramer har nästan dubbelt så hög hårdhet som stål, vilket gör dem till extremt slitstarka och motståndskraftiga material för krävande miljöer som flyg- och rymdindustrin och militär utrustning som ofta utsätts för frätande ämnen eller vatten. Deras förmåga att motstå korrosion gör också att dessa keramer är perfekta för användning inom dessa områden.

Kiselnitridkeramik är ett utmärkt materialval för hybridlager, eftersom det ger fördelarna med både keramiska och metalliska delar. Deras lägre värmeutvidgning och styvhet möjliggör högre rotationshastigheter medan deras korrosionsskyddande isolerande egenskaper förhindrar korrosion och deras måttliga värmeledningsförmåga bidrar till att sänka kylkostnaderna. Alla dessa faktorer samverkar för att göra kiselnitridkeramik lämplig för elmotorer som arbetar i högre hastigheter med minskat underhållsbehov.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Keramiska kulor av kiselnitrid är mycket tåliga vid höga temperaturer samtidigt som de inte är ledande, vilket gör dem ovärderliga inom många olika branscher. Deras egenskaper förbättrar motoreffektiviteten genom att minska friktionen och förlänga livslängden samtidigt som deras lätta vikt bidrar till att minska centrifugalkraften och slitaget på lagren. Dessutom kan dessa kulor användas i tuffa miljöer med starka syror, alkalier och havsvatten samtidigt som de uppvisar exceptionell korrosionsbeständighet.

Kiselnitridkeramik behåller sin styrka och hårdhet vid temperaturer på upp till 800 grader Celsius, vilket gör att de kan motstå även extrema miljöer under längre perioder. Tack vare deras självsmörjande egenskaper behövs inga externa smörjmedel, vilket eliminerar föroreningar som orsakas av smörjmedel som innehåller rester, samtidigt som mekaniska system kan köras utan störningar eller problem.

Kiselnitridens kemiskt inerta sammansättning gör att den förblir icke-reaktiv även i närvaro av syror och frätande kemikalier, till skillnad från metaller som reagerar. Till skillnad från metaller rostar eller korroderar den inte heller, vilket gör att lagren håller längre samtidigt som de motstår uppbyggnad av giftiga gaser. Dessutom är kiselnitrid säkert för medicinsk utrustning som MR-maskiner och diagnosverktyg utan att störa magnetfält; biokompatibla material är delvis radiotransparenta för att inte störa magnetfält och därmed säkerställa korrekta patientdiagnoser, medan icke-ledande egenskaper minskar elektriska strömmar som potentiellt kan skada enheter som används och därmed öka enhetens säkerhet och öka säkerheten överlag.

Motståndskraft mot korrosion

Keramiska kulor av kiselnitrid har många användningsområden tack vare sin utmärkta korrosionsbeständighet. Motståndskraftiga mot starka syror (t.ex. svavelsyra och saltsyra) och alkalier, långvarig exponering för havsvatten samt goda antimagnetiska och elektriska isoleringsegenskaper gör dessa keramiska kulor perfekta för tuffa miljöer där konventionella material snabbt skulle brytas ned eller skadas. Detta gör kiselnitridkulor lämpliga för användning där konventionella material snabbt skulle slitas ut eller skadas med tiden.

Kiselnitridkulor har anmärkningsvärda egenskaper som gör dem oumbärliga inom områden som flyg- och rymdindustrin, bilindustrin och förnybar energi. Deras låga vikt och överlägsna motståndskraft mot slitage, värme och korrosion ger fördelar när det gäller effektivitet och livslängd för maskiner i dessa krävande sektorer.

Kiselnitrid används också ofta som materialval i precisionskullager för tandläkarborrar, tack vare den hårda keramiska ytan som motstår nötning och friktion samtidigt som den låga massan bidrar till att minimera ljud- och vibrationsnivåerna. Dessutom säkerställer kiselnitridens icke-ledande egenskaper smidigt fungerande elektriska motorer.

Kiselnitrid utmärker sig bland tekniska keramer som ett av de mest termodynamiskt stabila material som finns, vilket gör det mycket hållbart och ger exceptionella mekaniska egenskaper vid höga temperaturer - och det är dessutom motståndskraftigt mot många frätande kemikalier. Lagerkomponenter av Si3N4 har blivit standardkomponenter i bilar, raketmotorer och utrustning som arbetar i tuffa miljöer - liksom i vissa prestandamodellbilar.

Motståndskraft mot slitage

Kulor av kiselnitrid är betydligt hårdare än många typer av stål, vilket innebär att de kan motstå extremt slitage i miljöer med höga påfrestningar utan att deformeras eller gå sönder. Deras exceptionella styrka leder till en mycket låg friktionskoefficient som minimerar värmeutveckling och energiförluster för maximal effektivitet i utrustningen.

Keramiska kulor är korrosionsbeständiga och kemiskt neutrala, vilket gör dem lämpliga för miljöer där metallkullager snabbt skulle brytas ned. Deras måttliga värmeledningsförmåga och låga expansionskoefficient gör att de kan användas vid högre temperaturer, t.ex. i gasturbiner, och eftersom de är icke-magnetiska är de tillräckligt säkra för att användas i medicinsk utrustning, t.ex. i MR-maskiner där magnetiska material kan störa bildåtergivningen.

Keramiska kulor med exceptionell hårdhet ger överlägsen brottseghet och slagtålighet, vilket gör dem till det idealiska materialet för flyg- och rymdapplikationer som kräver höga slagbelastningar. Keramiska kulor är 58% lättare än stål och minskar också vikten på flygplanskomponenterna för förbättrad bränsleeffektivitet genom att bära mer nyttolast och bära större nyttolastvolymer.

Keramiska kulor kan också användas i hybridlager med stålringar för lägre vikt och högre hastigheter jämfört med lager helt i stål. Mimaroglu et al. genomförde tester för att utvärdera glidkontakten mellan Si3N4/stålpar under både smorda och osmorda förhållanden för att bedöma deras tribologiska egenskaper, och visade överlägsen prestanda med betydligt mindre friktion jämfört med kombinationer av grått gjutjärn eller Al-bronze/stål under smorda förhållanden.