Keramiska kulor av kiselnitrid

Keramiska kulor av kiselnitrid har hög hårdhet, låg densitet och överlägsen ytfinish för att minska friktionen i lager och minska friktionsförlusterna. Dessutom tål dessa kulor höghastighetsoperationer utan att slitas ut snabbt samtidigt som de är resistenta mot kemikalier och lösningsmedel.

I denna studie användes CMRF för att polera Si3N4 keramiska kulor med ytfinhet på G5-nivå med hjälp av olika poleringsparametrar för att hitta optimala förhållanden för att minska ytjämnheten och det sfäriska felet.

Hårdhet vid höga temperaturer

Keramiska kulor av kiselnitrid har en överlägsen hårdhet jämfört med andra material, vilket innebär att de kan utstå höga påfrestningar utan att gå sönder eller deformeras under tryck. Därför är dessa keramiska kulor ett utmärkt val för användning i krävande miljöer som höghastighetsapplikationer, kemisk exponering och heta temperaturer.

Keramiska kullager har hög hårdhet och en effektiv låg friktionskoefficient, vilket bidrar till att minska energiförbrukningen och värmeutvecklingen i rörliga system. Kombinationen med korrosionsbeständighet gör keramiska kullager till ett utmärkt val för precisionsmaskiner, halvledarutrustning och medicintekniska produkter.

Högpresterande si3n4-keramer tål en rad olika kemikalier, från starka syror till alkalier och havsvatten, vilket gör dem lämpliga för kemiska processystem som reaktorer och pumpar.

Dessa kulliknande keramiska komponenter tillverkas genom innovativa tillverkningsprocesser, t.ex. spraytorkande granulering, kall isostatisk pressning och precisionsgjutning. När de är färdiga sintras och slipas de för att uppnå enhetlig storlek och sfärisk noggrannhet för användning som ersättare för stål- eller sfäriska metallager i hybrid- eller helkeramiska lager.

Dessa högpresterande keramer har genomgått omfattande utvärderingar med Rockwells mikrohårdhetstest, där resultaten redovisas som HV10 eller HV20; ju lägre siffra desto hårdare material. Testresultaten kan sedan jämföras med liknande material, t.ex. rostfritt stål, för att utvärdera om en viss keramik kan passa för en viss applikation.

Lättvikt

Si3n4-keramikkulornas lättviktskonstruktion minskar rotationsmassan, vilket ökar cykelns totala prestanda. Dessutom förlänger deras motståndskraft mot korrosion och slitage deras livslängd ytterligare, vilket gör att cykelkomponenter kräver mindre underhåll och reparation jämfört med traditionella stålkulor, vilket bidrar till att sänka driftskostnaderna och spara pengar över tid.

Dessa kulor är icke-ledande och icke-magnetiska, vilket gör dem perfekta för applikationer som kräver elektrisk isolering. Deras kemiska stabilitet och biokompatibilitet gör dem också lämpliga för medicintekniska produkter som ledprotesoperationer; deras kemiska stabilitet skyddar mot korrosion samtidigt som den förlänger protesens livslängd. Kiselnitridkeramik är också användbart vid höga temperaturer som skydd mot elektriska ljusbågar, vilket förlänger lagrens livslängd.

Keramiska kulor av kiselnitrid har en låg densitet på endast 3,2 g/cm3, en otrolig böjhållfasthet på 1 GPA och en brottseghet på 6 MPa/M2. Hårdheten är dubbelt så hög som hos stål medan den linjära expansionskoefficienten är 1/4 av lagerstålets; dessutom är keramiken självsmörjande och tål tuffa miljöer utan att behöva ytterligare smörjmedel eller underhåll. Dessutom gör tillverkningsstandarderna för sfäriskhet, diametertolerans och ytfinish kiselnitridkeramiska kulor till ett idealiskt val när kraven på lagerprestanda kräver höga hastigheter eller ultrahöga hastigheter; vakuumlager; hög-/lågtemperaturlager eller icke-magnetiska lager

Överlägsen ytfinish

Kiselnitrid utmärker sig som ett alternativt material som kan motstå högtrycksmiljöer utan att spricka eller smälta, till skillnad från metaller som ofta spricker under påfrestning. Dessutom absorberar den icke-porösa strukturen inte kemikalier som frätande element kan tränga igenom, vilket gör att den förblir intakt även vid höga hastigheter medan den måttliga värmeledningsförmågan håller den sval även i varma miljöer - allt detta gör si3n4-keramiska kulor till det självklara valet för olika applikationer.

Bearbetning av keramik sker vanligtvis antingen med fast slipning med slipskivor eller med flödesslipning med en slurry av slipmedel, som båda ger hög materialavverkning men ofta inte garanterar utmärkt ytfinhet eller sfäriskhet. Fast abrasiv bearbetning ger snabbare materialavverkning men kan inte alltid garantera god ytfinish eller sfäriskhet. Flödespolering ger bättre ytfinish men är svårare att kontrollera när det gäller geometri och fördelning av polerspåret.

För att övervinna dessa begränsningar har en ny teknik tagits fram som kombinerar fördelarna med båda processerna. Tekniken går ut på att kombinera fast abrasiv bearbetning med halvfasta magnetorheologiska polerplattor för att få fram överlägsen ytfinhet och sfäriskhet utan behov av kylning eller smörjning. En analytisk modell skapades också för att bedöma hur effektiv denna metod var genom att undersöka olika parametrar som excentricitet, rotationshastighet, bearbetningsspalt etc. på den slutliga ytfinhetskvaliteten.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Kiselnitridkeramik är ett av de hårdaste ämnen som finns och används ofta i applikationer med extrema temperaturer. Dessutom erbjuder den kemisk beständighet mot de flesta oorganiska syror och kaustiksodalösningar under 30%-koncentrationer.

Si3n4-keramer har låga termiska expansionstal som förhindrar strukturella förändringar orsakade av extrema temperaturer, och är dessutom utmärkta elektriska isolatorer - egenskaper som gör dem lämpliga för användning i högtemperatur- och korrosiva miljöer där metallager inte kan fungera effektivt.

Keramiska kulor av Si3n4 ger utmärkt slitstyrka, vilket gör att din maskin kan köras snabbare med ökad effektivitet och förbättrad hastighet. Eftersom de är lättare än stål minskar också centrifugalkrafterna under drift samtidigt som komponenternas livslängd förlängs.

Keramik med naturligt grå nyanser gör det lättare att forma dem; ingen målning krävs när de formas till önskade former, vilket gör detta material mindre känsligt för oxidation än andra och mindre benäget att spricka under tryck eller värme.

Formning av kiselnitridkeramik följer traditionella tillverkningsprocesser för andra keramiska typer. När råmaterialet har granulerats appliceras kallt isostatiskt tryck följt av gjutning i nätstorlek och GPS HIP-sintringsprocesser för att forma dessa keramer. GPSN-keramik kan kosta mer än sina RBSN-motsvarigheter men erbjuder överlägsen styrka och precision jämfört med andra kvaliteter av kiselnitridkeramik.