Kulor av kiselnitrid

Kulor av kiselnitrid klarar olika temperaturer och kemiska miljöer utan att försämras över tid, vilket ökar maskinernas effektivitet och livslängd.

Medicintekniska produkter som kräver exakt diagnostik utan magnetiska störningar förlitar sig ofta på icke-magnetiska lager för att undvika elektromagnetiska ljusbågar i lager som arbetar i tuffa miljöer, samtidigt som icke-magnetiska lager förhindrar elektriska ljusbågar som annars skulle kunna leda till lagerhaveri.

Hårdhet

Kiselnitrid (Si3N4) är ett extraordinärt keramiskt material som har revolutionerat industrin. Det används främst i högpresterande hel- och hybridkeramiska lager som kräver låg friktion, temperaturbeständighet och nötningsbeständighet; Si3N4:s starka men ändå lätta konstruktion gör det lämpligt för tuffa miljöer utan behov av oljesmörjning; dess kemiska beständighet omfattar syror och alkalier samtidigt som det är elektriskt isolerande; det fungerar till och med under vatten!

Detta material har hög hårdhet (Rockwell C), hög elasticitetsmodul och utmattningshållfasthet. Dessutom gör dess motståndskraft mot oxidation och korrosion det till ett utmärkt val för lager som används under extrema förhållanden.

Si3N4-kulor rostar eller eroderar inte under tunga belastningar eller extrema förhållanden som stål gör; deras lätta konstruktion minskar centrifugalkrafterna och rullkontaktkrafterna under höghastighetsdrift, vilket möjliggör högre drifthastigheter. Deras isolerande egenskaper skyddar dem också mot elektrolytisk korrosion - en viktig faktor för att förlänga livslängden på mekaniska system.

Tillverkningen av Si3N4-keramiska kulor omfattar spraytorkande granulering, kall isostatisk pressning och GPS varm isostatisk bearbetning (HIP) för att forma täta sfäriska former med G5-precision och materialkvalitet av grad 1. Under HIP skapas sintringsatmosfärer för att binda partiklarna under deras smältpunkter och förbättra hållfastheten; slutligen slipas ytan på varje sfärisk form för att avlägsna ojämnheter och skapa en yta med förbättrad prestanda.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Kiselnitridkeramik har en överlägsen värmebeständighet, vilket gör det till ett idealiskt material för applikationer som kräver höga hastigheter, precision och lång livslängd. Dessutom minskar den låga friktionskoefficienten energiförbrukningen och värmeutvecklingen, vilket bidrar till mekaniska systems hållbarhet på lång sikt.

Kiselnitridens låga densitet gör att keramiska kulor väger betydligt mindre än stålkulor, vilket leder till viktbesparingar i den övergripande konstruktionen och kan vara särskilt fördelaktigt när utrymmet är begränsat inom flyg- och rymdindustrin eller andra höghastighetsapplikationer.

Keramiska material expanderar inte mycket vid temperaturförändringar, vilket gör att de kan behålla sin form och storlek i extrema miljöer - något som gör keramik särskilt fördelaktigt i utrustning som måste vara exakt och stabil i korrosiva miljöer, t.ex. höghastighetsmotorer till raketer eller vissa prestandamodellbilar.

Kiselnitridkeramer är icke-magnetiska, vilket gör dem lämpliga för många medicintekniska produkter där magnetiska material kan störa bildprocesserna. Deras styrka och hållbarhet gör dem också till förstahandsvalet i lagerapplikationer; hybridlager som kombinerar stålringar med keramiska kulor har dessa exceptionella egenskaper för att ge minskad friktion, högre hastigheter och längre livslängd jämfört med traditionella stålkullager.

Lättvikt

Kulor av kiselnitrid väger en fjärdedel så mycket som stålkulor, vilket ger effektivare höghastighetsapplikationer utan centrifugalkraft som orsakas av tyngre kulor samt lägre underhållskostnader och stilleståndskostnader. Dessutom minimerar deras lätthet friktionsförlusterna, vilket ökar effektiviteten.

Keramiska kulor av kiselnitrid är kända för att vara sega och motståndskraftiga och klarar tunga belastningar i tuffa miljöer. På grund av dessa egenskaper används kiselnitridsfärer i många branscher, bland annat inom flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, industrin och förnybar energi, t.ex. turbingeneratorer som arbetar i höga hastigheter eller på höga höjder - vilket bidrar till att undvika oplanerade underhållskostnader i samband med vindkraftsparker som annars kan bli kostsamma.

Helkeramiska sfärer är korrosionsbeständiga och tål temperaturer på upp till 1 800 grader utan att skadas, samtidigt som deras hårdhet är dubbelt så hög som stålets och deras elasticitetsmodul är högre, vilket gör dem styvare och mer motståndskraftiga mot slagskador än motsvarande sfärer av stål. De är dessutom icke-magnetiska och kan därför användas i känslig utrustning som t.ex. MR-maskiner eller maskiner för tillverkning av halvledare.

Kiselnitrid skiljer sig från zirkoniumdioxid genom att dess yta inte kräver kostsamma smörjmedel för slitstyrka, vilket därmed eliminerar behovet av dem. Produktionsprocesserna för kiselnitrid omfattar spraytorkande granulering, kall isostatisk pressning och precisionsgjutningstekniker, varefter de sfäriska kulorna genomgår stränga inspektionsprocesser för storlek och sfärisk precision innan de skickas till GPS HIP-sintring och högeffektiv slipning.

Motståndskraft mot slitage

Kiselnitrid är mer än dubbelt så hårt som stål och tål extrema belastningar vid temperaturer över 500oF samt kemiska angrepp från fluorvätesyra och svavelsyra. Dessutom motstår detta keramiska material korrosion samtidigt som det är antimagnetiskt och elektriskt isolerande; allt detta samtidigt som det har låg densitet med utmärkta böj- och brottseghetsegenskaper. Dessa egenskaper gör kiselnitrid till ett utmärkt val för mekaniska precisionsapplikationer som t.ex. lager.

Kulor av kiselnitrid, som vanligtvis används i hybridkeramiska kullager, har mycket högre belastningsmotstånd och längre livslängd under krävande förhållanden än kulor av zirkoniumdioxid. Dessutom har detta material lägre densitet än zirkoniumdioxid för att möjliggöra snabbare acceleration och högre hastigheter under skridskoåkning samt minskad rotationsmassa vilket innebär minskad rotationsmassa rotationsmassa rotationsmassa, snabbare accelerationshastigheter, minskad rotationsmassa rotationsmassa massförhållande samt bättre friktionsmotstånd med minimalt slitage vid stötar eller vibrationer.

Dessutom bidrar den låga friktionskoefficienten och de självsmörjande egenskaperna hos keramiska kulor till deras enastående slitstyrka. Tester som utförts på glidskivor av gråjärn och al-bronze visade att slitaget på kiselnitridkeramik minskade när belastningen ökade - detta kan tillskrivas bildandet av tribo-kemiska skyddslager som avsevärt minskar friktionsskadorna, vilket framgår av röntgenanalys av slitspår (figur 1). Dessutom har dessa keramer utmärkta egenskaper när det gäller kemisk beständighet, vilket gör att de kan användas i tuffa miljöer utan behov av ytterligare smörjmedel (fig. 1 och 2).