Keramiska kulor av kiselnitrid

Keramiska kulor av kiselnitrid har många fördelar jämfört med vanliga metallkulor, bland annat motståndskraft mot höga temperaturer, låga friktionsnivåer och motståndskraft mot kemikalieinträngning. Användningen av dem minskar underhållskostnaderna och förlänger maskinens livslängd.

Slipning och lappning som används för ytbehandling av Si3N4-hybridlager kan vara kostsamma och tidskrävande processer som ofta lämnar ytor med repor, mikrosprickor, gropar eller lossnade korn som försämrar funktionaliteten. Men nu finns det en enklare lösning: CMRF (Clustered Magnetorheological Finish). Denna teknik använder klustrad magnetorheologisk effektmagnetoresistans (CMRF).

Hårdhet vid höga temperaturer

Kiselnitrid är ett avancerat keramiskt material som är utformat för applikationer som kräver hög temperatur-, korrosions- och mekanisk belastningstolerans. Tack vare sin hållbarhet och styrka bidrar kiselnitrid till att öka maskinernas effektivitet och livslängd.

Kiselnitrid skiljer sig från metaller genom att motstå slitage, vilket gör det mycket mindre känsligt för korrosion i tuffa miljöer. Eftersom den är kemiskt inert kan den dessutom stå emot aggressiva kemikalier utan att ta skada, medan den är omagnetisk och elektriskt isolerande är andra fördelar som gör kiselnitrid till ett idealiskt materialval.

Keramiska material klassificeras baserat på deras motståndskraft mot penetration av en applicerad kraft (t.ex. Vickers eller Knoop indentationstest). Ju högre hårdhet, desto större motståndskraft. Mikrohårdhetsmätningar kan dock inte enkelt jämföras mellan olika mätmetoder eller utrustningar.

Hårdhetsmätningar för si3n4-keramiska kulor beror på partikelstorlek, kornstruktur och GB-faser - detta gör det avgörande att tolka resultaten från hårdhetstester. Vickers och Knoops hårdhetstester används ofta för att mäta keramisk hårdhet, men deras mätningar kan ändras av temperatur, förskjutning och förändringar i intryckningsdjupet. För att säkerställa korrekta resultat är det viktigt att följa varje metods rekommenderade testförhållanden samt att använda en intryckskropp som är kalibrerad med kända standarder - använda standardbelastningssystem och upprepa testet på identiska prover

Lättvikt

Kiselnitridkeramik är icke-magnetisk och elektriskt isolerad, korrosionsbeständig och lämplig för marina miljöer tack vare sin låga vikt och avsaknaden av centrifugalkraft på lagren. Eftersom den minskar centrifugalkraften på lagren och ökar drifthastigheterna - och därmed minskar friktionen mellan kulan och axeln och ökar deras livslängd - är kiselnitridkeramik ett utmärkt materialval för lager i tuffa miljöer som marina applikationer.

Kiselnitridens isolerande egenskaper hjälper till att förhindra elektrolytisk korrosion och skyddar dess inre delar, vilket gör att elmotorer kan använda keramiska lager oftare. Deras ökade temperaturtolerans och lastkapacitet innebär att de är idealiska för användning i elmotorer.

Lager av kiselnitridkeramik är 1/4 lättare än sina motsvarigheter av stål och har en exceptionellt låg densitet och linjär expansionskoefficient jämfört med lager av stål, vilket bidrar till att minska friktionskrafterna i samband med rotationshastigheten samtidigt som de inre ytorna skyddas från skador som orsakas av fluktuationer i rotationshastigheten och snabba temperaturväxlingar. Tack vare sin låga vikt och styva konstruktion möjliggör kiselnitridkeramik dessutom enklare hantering i tunga industriella applikationer som kräver stora lager.

Överlägsen ytfinish

Kiselnitrid är ett icke-poröst och isolerande material som eliminerar korrosionsproblem i krävande miljöer. Dessutom är det lättare än stål vilket minskar centrifugalkraften, friktionen och slirningen jämfört med dess styvhet; dessutom är det temperaturbeständigt vilket gör det idealiskt för lagerdelar.

När de keramiska kulorna har sintrats genomgår de en precisionsslipningsprocess för att säkerställa enhetlig storlek och sfärisk noggrannhet för användning i lagerapplikationer. Slutligen får de en slät ytfinish för att ytterligare minska friktion och slitage i den slutliga applikationen. Dessutom är si3n4-keramikkulor både nötnings- och slagtåliga, vilket gör att de kan fungera effektivt under långa tidsperioder utan att behöva smörjas ofta.

I denna studie utvecklades en halvfast magnetoreologisk polerplatta för polering av den sfäriska ytan på en Si3N4-kula genom att applicera skjuvkraft (figur 1). Poleruppslamningen bestod av 400 ml polervätska innehållande 4% diamantslipkorn (1 mm) och 16% hydroxyljärnpulver (3 mm).

För att studera ytbehandlingsparametrarnas inverkan på ytfinishen hos Si3N4-keramikkulor undersöktes kinematiken i deras ytbehandlingsprocess genom en analys av rotationshastigheterna oz och oj samt vinklarna th och g. Dessutom visade en visuell spåranalys att för optimal ytfinish med kvalitetsnivå G5 enligt nationell standard uppnåddes detta bäst med poleringsparametrar som rotationsförhållande 30 rpm/40 rpm med excentricitet 10 mm och bearbetningsspalt på 0,8 mm.

Biokompatibel

Si3N4 är ett icke-oxidiskt keramiskt material som kännetecknas av enastående mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet. Det är självsmörjande, isolerande och tål termiska chocker utan att ta skada; dessutom leder det inte elektricitet, varken magnetiskt eller elektriskt - men kan ändå tillverkas med hög precision och god ytfinhet med en genomsnittlig grovhet på 4-6 nm.

Kiselnitrid har sedan 1980-talet ansetts vara ett idealiskt biomaterial för medicinska tillämpningar. Dess mekaniska egenskaper är jämförbara med titan medan dess hårdhet överträffar aluminiumoxid, vilket gör att tunga laster kan bäras utan att skadas; dessutom uppvisar kiselnitrid gynnsamma termomekaniska och tribologiska egenskaper.

In vivo-tester har visat att Si3N4-implantat är kompatibla med mänskligt ben och kan främja osseointegration. Neumann och hans kollegor genomförde en experimentell studie där Si3N4-implantat placerades i frontala bendefekter hos minipiggar för att se hur de integrerades, vilket visade att de genomsyrades av ny benvävnad på liknande sätt som hade observerats med PEEK-implantat.

Keramiska kulor och löpbanor är ett effektivt sätt att minska friktionen på en cykel och öka prestandan, samtidigt som cykelns effektivitet ökar och slitaget på komponenterna minskar. Deras släta yta bidrar till att minimera centrifugalkraften och rullningsfriktionen, vilket leder till mindre slitage på komponenterna samt en lättviktskonstruktion som förbättrar cykeleffektiviteten och minskar slitaget på slitagepunkterna. Dessutom är keramik resistent mot vatten och kemikalier, vilket gör dem perfekta för cykling under tuffa förhållanden.