لي على متابعة:
معلومات محامل السيراميك
محامل كروية من السيراميك هي مثال نموذجي للسيراميك الهندسي المستخدم على نطاق واسع في المجالات الصناعية، ويحظى باهتمام كبير من العديد من المهندسين. في المحامل الدقيقة عالية السرعة، تعتبر المحامل الكروية السيراميكية الهجينة هي الأكثر استخدامًا، وتتميز بكرات سيراميك Si3N4 مضغوطة على الساخن بينما تظل حلقات المحامل فولاذية. هذه المحامل موحدة بدرجة عالية، وتتطلب الحد الأدنى من التغييرات في هيكل الماكينة، كما أنها سهلة الصيانة، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للعمليات عالية السرعة. توفر المغازل الكهربائية عالية السرعة المجهزة بهذه المحامل مزايا مثل السرعة العالية والصلابة العالية والطاقة العالية والعمر الطويل.
1. مقاومة التآكل: تعتبر محامل السيراميك مثالية للعمل في الظروف القاسية المليئة بالوسائط المسببة للتآكل حيث أن السيراميك يكاد يكون منيعًا للتآكل.
2. كثافة منخفضة وخفيفة الوزن: تتمتع الكرات الخزفية بكثافة أقل مقارنة بالفولاذ، مما يقلل بشكل كبير من قوة الطرد المركزي على الحلقة الخارجية أثناء الدوران بنسبة تصل إلى 40%، وبالتالي يطيل عمر المحمل.
3. الاستقرار الحراري: يعتبر السيراميك أقل تأثراً بالتمدد الحراري والانكماش مقارنة بالفولاذ، مما يسمح للمحامل بالعمل في البيئات ذات التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة.
4.معامل مرونة عالية: معامل المرونة العالي للسيراميك يعني تشوهًا أقل تحت الحمل، مما يساعد على زيادة سرعة التشغيل وتحقيق دقة أعلى.
مقارنة المواد الحاملة
فيما يلي مقارنة لخصائص الأداء بين AISI 52100 (GCr15)، والفولاذ المقاوم للصدأ AISI 440 (9Cr18)، ونيتريد السيليكون (Si3N4)، والزركونيا (ZrO2):
| الخامة | الكثافة (جم / سم مكعب) | معامل التمدد الحراري (10^-6/درجة مئوية) | معامل يونغ (GPa) | صلابة (HV) | قوة ضاغطة (باسكال) | قوة الانحناء (MPa) | صلابة الكسر (MPa.m^1/2) | الموصلية الحرارية (W / m · K) | حرارة محددة (J / kg · K) | أقصى درجة حرارة التشغيل (درجة مئوية) | عزل كهربي | المتانة |
| GCr15 | 7.8 | 11 | 208 | 800 | 2400 | 20 | 30-40 | 30-40 | 450 | 120 | غير عازلة | ضعيف |
| 9Cr18 | 7.9 | 17 | 200 | 700 | 2600 | 25 | 30-40 | 15 | 450 | 150 | غير عازلة | معتدل |
| Si3N4 | 3.2 | 3.2 | 320 | 1700 | 900 | 7.0 | 3.5-5.5 | 15 | 800 | 100 | العازلة | القوة |
| ZrO2 | 6.0 | 10.5 | 210 | 1300 | 3500 | 10.5 | 2.5-3.5 | 2.5 | 400 | 800 | العازلة | القوة |
أنواع محامل السيراميك
تتميز المحامل الخزفية الكاملة بالعزل المغناطيسي، ومقاومة التآكل والتآكل، والتشحيم الذاتي، ومقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة، مما يجعلها مناسبة للبيئات القاسية وظروف العمل الخاصة. تستخدم الحلقات والعناصر الدوارة مواد سيراميك الزركونيا (ZrO2)، مع PTFE كمادة القفص القياسية. يتم أيضًا استخدام مواد أخرى مثل النايلون المقوى بالألياف الزجاجية 66 (RPA66-25)، والبلاستيك الهندسي (PEEK، PI)، والفولاذ المقاوم للصدأ (AISISUS316)، والنحاس (Cu).
تستخدم محامل السيراميك الكاملة من نيتريد السيليكون مواد سيراميك نيتريد السيليكون (Si3N4) للحلقات والعناصر المتداول. يمكن أيضًا استخدام مواد أخرى مثل RPA66-25، وPEEK، وPI، والأنابيب المغلفة الفينولية. بالمقارنة مع ZrO2، فإن محامل Si3N4 مناسبة للسرعات العالية، وقدرات التحميل، ودرجات الحرارة البيئية. تتوفر محامل سيراميكية عالية الدقة للمغازل عالية السرعة والصلابة، بدقة تصل إلى درجات P4 إلى UP.
محامل كروية كاملة
تستخدم هذه المحامل تصميمًا خاليًا من القفص، مما يسمح بدمج الكرات الخزفية، مما يزيد من سعة الحمولة ويتجنب القيود الناجمة عن مواد القفص. ومع ذلك، فهي غير مناسبة للتطبيقات عالية السرعة ويجب تركيبها بحيث يواجه جانب الفجوة الطرف الحامل غير المحوري.
تتميز الكرات الخزفية، وخاصة نيتريد السيليكون، بكثافة منخفضة، وصلابة عالية، ومعامل احتكاك منخفض، ومقاومة التآكل، والتشحيم الذاتي، والصلابة، مما يجعلها مثالية للمحامل الهجينة عالية السرعة والدقة وطويلة العمر (مع المعدن الداخلي والحلقات الخارجية). تستخدم الحلقات الداخلية والخارجية عادةً الفولاذ المحمل (GCr15) أو الفولاذ المقاوم للصدأ (AISI440C)، بينما يمكن تصنيع الكرات الخزفية من مواد ZrO2 أو Si3N4 أو SiC.
عملية تصنيع محامل السيراميك
محامل السيراميك هي منتجات عالية التقنية تستخدم على نطاق واسع في الصناعة الحديثة. تتضمن عملية التصنيع الخاصة بهم إعداد المواد الخام، والتشكيل، والتلبيد، والتصنيع الدقيق.
تحضير المواد الخام
المواد الرئيسية هي الألومينا ونيتريد السيليكون. يتم فحص المساحيق وقياسها بدقة لضمان حجم ونسبة الجسيمات المناسبة. تخضع المواد الخام للتجفيف والطحن بالكرات لتحسين التدفق والتعبئة أثناء التشكيل.
خلط
يتم خلط مسحوق السيراميك مع إضافات أخرى لتحسين الأداء وقابلية المعالجة. يضمن الطحن والخلط حجمًا موحدًا للجسيمات وتكوينًا مستقرًا.
تشكيل
يتم ضغط المواد الخام المختلطة في قوالب. يمكن تقسيم منتجات السيراميك إلى منتجات رش البلازما ومنتجات مصبوبة بالضغط/الحقن. تتطلب منتجات رش البلازما متطلبات فنية عالية ويتم إنتاجها على نطاق أصغر، في حين تستخدم المنتجات المقولبة بالضغط/الحقن فراغات التشكيل، مما يوفر كفاءة إنتاجية عالية ولكن يتطلب رقابة صارمة على الجودة.
تلبد
يتم تلبيد الفراغات الخزفية المشكلة في بيئات ذات درجة حرارة عالية، مما يشكل هياكل كثيفة ويزيد من القوة والصلابة.
الآلات الدقيقة
يتميز السيراميك الملبد بصلابة سطحية عالية ومقاومة للتآكل ولكنه عرضة للتشقق. تعد المعالجة الدقيقة (الخراطة والطحن وما إلى ذلك) ضرورية، وتتضمن عمليات فحص وتلميع متعددة لضمان مظهر المحامل وجودتها الداخلية.
التركيب
يتم تجميع محامل السيراميك المصنعة بدقة، بما في ذلك الحلقة الداخلية والحلقة الخارجية والكرات. يتطلب التجميع معدات احترافية وفحوصات جودة شاملة لضمان استيفاء جميع المواصفات.
ضبط الجودة
تتميز المواد الخزفية بالقوة العالية ودرجة الحرارة ومقاومة التآكل والثبات الكيميائي ولكنها هشة. تعد مراقبة الجودة الصارمة أمرًا ضروريًا أثناء التصنيع، مع الأساليب الشائعة بما في ذلك الفحص بالأشعة السينية والمجهر الميتالوغرافي.
تطبيقات محامل السيراميك
يتم استخدام محامل السيراميك في البيئات والظروف التي تتطلب درجات حرارة عالية، ومقاومة للتآكل، والعزل الكهربائي، والتشحيم الذاتي، والأداء عالي السرعة. يتم تطبيقها على نطاق واسع في مجالات الطيران والكيميائية والميكانيكية والطبية والإلكترونية.
فضاء
تُستخدم المحامل الخزفية في التوربينات والمحركات وآلات الدفة ومراوح الطائرات والصواريخ والأقمار الصناعية، حيث تتعامل مع السرعات العالية والأحمال الكبيرة. إنها توفر قوة أعلى، ومقاومة أفضل للتآكل، ومقاومة للتآكل، مما يحسن كفاءة استهلاك الوقود ويقلل التأثير البيئي.
الصناعة الكيميائية
تعتبر المحامل الخزفية مثالية للمعدات المعرضة للغازات أو السوائل المسببة للتآكل. إنها توفر مقاومة ممتازة للتآكل في البيئات ذات الأحماض القوية، والقلويات، والمياه المالحة، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في غسالات الأحماض، والمضخات الكيميائية، إلخ.
التصنيع الميكانيكي
في التصنيع الميكانيكي، يتم استخدام محامل السيراميك في المحركات والمضخات وأجهزة الطرد المركزي والمضخات الهيدروليكية عالية السرعة وأدوات الآلات، مما يقلل الضوضاء ويزيد السرعة ويطيل العمر الافتراضي. إنها تحافظ على الاستقرار في البيئات عالية السرعة ودرجات الحرارة العالية وتقلل من تكاليف الصيانة. كما أنها تستخدم أيضًا في معدات خاصة مثل أفران درجة الحرارة العالية وأفران التفريغ نظرًا لمقاومتها القوية للتآكل ودرجة الحرارة.
المجال الطبي
يتم استخدام محامل السيراميك في العديد من المعدات الطبية مثل الأجهزة الجراحية وآلات غسيل الكلى، مما يضمن الدقة والموثوقية مع تقليل وقت الصيانة وتكاليفها.
خلاصة
تعتبر المحامل الكروية الخزفية مكونات ميكانيكية أساسية ذات أداء لا مثيل له مقارنة بالمحامل المعدنية. إن استخدامها على نطاق واسع في مختلف المجالات يعزز بشكل كبير عمر المحمل وسرعته، مما يوفر المكونات الأساسية لتطوير آلات عالية السرعة وعالية الدقة. وقد أسفرت تطبيقاتها في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والتآكل والعازلة والفراغ أيضًا عن نتائج ممتازة، مما يوفر حيوية أكبر للتنمية المستقبلية.