Segueix-me a: 
Val la pena invertir en els coixinets de ceràmica completa?
Els coixinets de ceràmica complets són resistents al desgast, a la corrosió i tenen una alta velocitat. També són no magnètics, tenen coeficients de fricció baixos, són antielèctrics, resistents a la corrosió, més lleugers, més suaus i més durs. S'han utilitzat àmpliament en entorns extremadament durs o condicions especials de treball, com ara aeroespacial, petroquímica i equips electrònics. Els coixinets ceràmics complets són un tipus de coixinets els anells i els elements rodants dels quals estan fets de materials ceràmics com l'òxid de zirconi (ZrO2), el nitrur de silici (Si3N4), i carbur de silici (Sic); hi ha molts tipus de retenidors, i els materials de fabricació habituals inclouen politetrafluoroetilè, niló 66, polieterimida, òxid de zirconi, nitrur de silici, acer inoxidable o alumini especial d'aviació. Aquest bloc presentarà en detall els avantatges, els tipus i les comparacions amb els coixinets d'acer dels coixinets ceràmics complets, així com una exploració completa de coixinets de ceràmica val la pena invertir-hi.
Els coixinets de ceràmica complets tenen molts avantatges respecte als coixinets metàl·lics tradicionals, com ara el rendiment d'alta velocitat, la fricció baixa, la resistència a la corrosió i la durabilitat. S'utilitzen àmpliament en entorns durs que van des de maquinària d'alta velocitat fins a equips de processament químic i forns d'alta temperatura.
①. Evitar la corrosió actual
Quan el motor està en marxa, la diferència de potencial entre els dos extrems de l'eix o entre els eixos s'anomena tensió de l'eix i el corrent de l'eix resultant pot causar danys a la pista i els elements rodants i l'envelliment del lubricant. Els coixinets ceràmics complets poden evitar el pas del corrent i tenen una capacitat d'aïllament duradora que els coixinets recoberts de ceràmica. A les aplicacions de generadors d'aerogeneradors, sovint s'especifiquen coixinets ceràmics complets.
②. Alta velocitat
La densitat dels elements rodants de nitrur de silici és un 60% inferior a la dels elements rodants d'acer de la mateixa mida. Un pes i una inèrcia més lleugers donen lloc a un rendiment de velocitat més elevat, cosa que fa que la capacitat del coixinet d'arrencar i aturar-se ràpidament sigui destacada. A més, els coixinets de ceràmica complets tenen propietats autolubricants sense oli i un baix coeficient de fricció, de manera que els coixinets de boles de ceràmica tenen una velocitat molt alta.
③. Llarga vida
La calor generada per la fricció en els coixinets de ceràmica completa és baixa, especialment a altes velocitats, la qual cosa ajuda a allargar la vida útil dels coixinets i allargar l'interval de relubricació, la qual cosa pot reduir considerablement les pèrdues de temps d'inactivitat i els costos de manteniment causats pel manteniment dels coixinets.
④. Alta duresa i alta tenacitat
Els elements rodants de ceràmica tenen una duresa més alta i una duresa excel·lent. La combinació d'aquestes dues característiques pot obtenir una millor rugositat de la superfície i pot evitar danys per partícules dures externes i impactes, i tenir una forta resistència al desgast.
⑤. Major rigidesa
La rigidesa del coixinet es refereix al grau de deformació elàstica del coixinet sota càrrega. La rigidesa afecta diversos aspectes de la vibració del coixinet, el soroll, la vida útil i la precisió de la rotació, i és un paràmetre de rendiment important en l'anàlisi del coixinet. La duresa dels coixinets ceràmics complets és 1 vegades superior a la de l'acer dels coixinets i el mòdul elàstic és aproximadament 1/3 superior.
⑥. Resistència a altes temperatures
Els elements rodants de ceràmica tenen un coeficient d'expansió tèrmica més baix. Un petit coeficient d'expansió tèrmica ajuda a reduir la sensibilitat als canvis de temperatura, evitant així l'encallament. En entorns d'alta temperatura, els coixinets de ceràmica complets poden funcionar de manera fiable a 800-1000 ° C sense l'expansió causada per diferències de temperatura.
Tipus de coixinets de ceràmica completa
Els coixinets de ceràmica completa ZrO2 tenen una excel·lent resistència a altes i baixes temperatures, alta pressió, corrosió, aïllament magnètic i autolubricació. Poden funcionar en entorns especials. Els coixinets de ceràmica de zirconi (ZrO2) sense retenedor es poden utilitzar en entorns de fins a 400 ℃.
Els coixinets de ceràmica completa Si3N4 tenen totes les propietats dels coixinets de ceràmica complet ZrO2, a més d'avantatges addicionals com ara ser lleugers, altament resistents al desgast i tenir una gran duresa. En comparació amb els coixinets de ceràmica completa ZrO2, els coixinets de ceràmica complet Si3N4 són adequats per a aplicacions d'alta velocitat i càrrega elevada i poden suportar temperatures més altes. Ofereixen una bona resistència a alta temperatura, resistència a l'oxidació mecànica, capacitat de càrrega a alta temperatura i resistència als gasos corrosius. Els coixinets de ceràmica Si3N4 sense retenedor poden funcionar en entorns de fins a 1100 ℃.
Els coixinets ceràmics complets de carbur de silici (SiC) ofereixen una major resistència a la corrosió química, una millor resistència, una major duresa i una major resistència al desgast en comparació amb altres materials ceràmics. També tenen propietats de baixa fricció i són aptes per a les temperatures més altes. Els coixinets de ceràmica SiC sense retenedor es poden utilitzar en entorns de fins a 1400 ℃.
Coixinets de ceràmica Al2O3
Els coixinets de ceràmica d'alúmina (Al2O3) utilitzen ceràmica d'alúmina amb un contingut d'alúmina del 99%. Els elements rodants també estan fets de ceràmica d'alúmina. Els coixinets de ceràmica Al2O3 sense retenedor poden funcionar en entorns de fins a 1400 ℃.
Coixinets de ceràmica de boles de complement complet
Els coixinets de ceràmica de boles de complement complet tenen una osca en un costat, la qual cosa permet que les boles de ceràmica es carreguin que les estructures estàndard a causa de l'absència d'una gàbia. Això augmenta la seva capacitat de càrrega i evita les limitacions dels materials de la gàbia, aconseguint la resistència a la corrosió i la resistència a la temperatura dels coixinets ceràmics de gàbia ceràmica. Aquests coixinets no són adequats per a altes velocitats i durant la instal·lació, l'osca s'ha de col·locar al costat que no suporta càrrega axial.
Reptes dels coixinets de ceràmica completa
El procés de producció de coixinets ceràmics implica múltiples processos, inclosa la preparació de matèries primeres, l'emmotllament, la sinterització i l'acabat, i cada procés té un impacte important en el rendiment del producte final. La complexitat del procés de producció no només augmenta el cost de producció, sinó que també exigeix més el control del procés de producció.
Cost elevat.
El cost de producció dels materials ceràmics és relativament elevat, la qual cosa es deu principalment a les matèries primeres cares dels materials ceràmics i al complex procés de producció. El procés de preparació de materials ceràmics d'alt rendiment com l'òxid de zirconi (ZrO2), el nitrur de silici (Si3N4) i el carbur de silici (SiC) requereix una sinterització a alta temperatura i un mecanitzat de precisió, que no només requereixen temps i consumeixen energia, sinó que també requereixen equips i suport tècnic cars. Per tant, l'alt cost dels coixinets de ceràmica s'ha convertit en un obstacle important per a la seva promoció i aplicació.
Difícil de fabricar
Els materials ceràmics tenen una duresa alta i una duresa baixa, cosa que els fa difícils de processar. La tecnologia tradicional de processament de metalls sovint no funciona en el processament de materials ceràmics, que és propens a danys materials o errors de processament. A més, la fragilitat dels materials ceràmics facilita el trencament i la fragmentació durant el processament, augmentant la complexitat i el risc de processament.
A causa d'una fractura fràgil
Tot i que els coixinets ceràmics tenen una excel·lent resistència a les altes temperatures, resistència a la corrosió i propietats de baixa fricció, la fragilitat i la resistència a l'impacte dels materials ceràmics són pobres en alguns entorns extrems, cosa que limita el seu rang d'aplicació. Per exemple, en entorns d'alt impacte i alta vibració, els coixinets de ceràmica poden fallar a causa d'una fractura fràgil.
Els coixinets ceràmics complets s'han convertit en un component clau indispensable en la indústria moderna amb el seu excel·lent rendiment i les seves àmplies perspectives d'aplicació. Tot i que la seva inversió inicial és elevada, la seva llarga vida útil i el seu baix cost de manteniment els fan econòmics a llarg termini. Especialment en entorns durs com ara alta temperatura, alta pressió i corrosivitat, els avantatges dels coixinets ceràmics complets són evidents.
Excel lent rendiment
Prenent com a exemple els coixinets ceràmics complets de nitrur de silici, les ceràmiques de nitrur de silici són una ceràmica estructural amb un rendiment integral excel·lent i moltes propietats úniques, que les fan molt utilitzades en la tecnologia moderna. Les ceràmiques de nitrur de silici tenen una resistència mecànica i una duresa extremadament elevades, comparables al corindó, i són autolubricants i resistents al desgast. A temperatura ambient, la seva resistència a la flexió pot arribar fins i tot a 980 MPa, que és comparable a l'acer aliat. important, la seva força no disminuirà fins i tot a una temperatura elevada de 1200 ℃. Les ceràmiques de nitrur de silici tenen una excel·lent estabilitat tèrmica, un petit coeficient d'expansió tèrmica i una excel·lent conductivitat tèrmica, de manera que tenen una bona resistència al xoc tèrmic. Fins i tot el xoc tèrmic des de la temperatura ambient fins a 1000 ℃ no farà que es trenqui.
| Propietats típiques | Al2O3 | ZrO2 | Si3N4 | SiC | Acer amb coixinet |
|---|---|---|---|---|---|
| Densitat (kg/m^3) | 3250 | 3100 | 3900 | 3200 | 7800 |
| Mòdul elàstic (GPa) | 310 | 210 | 320 | 420 | 210 |
| Resistència a la compressió (MPa) | > 3500 | 2000-2500 | 2000-2700 | 2000 | - |
| Resistència a la flexió (MPa) | 700-1000 | 500-900 | 500-900 | 300-600 | 1000 |
| Tenacitat a la fractura (MPa·m^1/2) | 3-5 | 8-12 | 6-10 | 3-5 | 16-20 |
| Duresa (GPa) | 14-18 | 10-13 | 18-20 | 24-28 | 8 |
| Coeficient d'expansió tèrmica (10^-6/K) | 4-8 | 10-12 | 2-4 | 3-5 | 12 |
| Conductivitat tèrmica (W·m^-1·K^-1) | 20 | 2 | 30 | 100 | 30 |
| Calor específic (J·kg^-1·K^-1) | 800 | 500-700 | 800 | 880 | 450 |
| Temperatura màxima de funcionament (℃) | 1050 | 500-800 | 1250 | 1250 | 400-600 |
| Resistència a l'oxidació | alt | mitjà | alt | Molt alt | Molt alt |
| Mode d'error | Fractura fràgil | Fractura fràgil | Fractura fràgil | Fractura fràgil | Fractura dúctil |
Aquesta taula ofereix una visió general comparativa de les propietats clau de la ceràmica industrial (Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC) i l'acer dels coixinets, destacant les seves diferències en densitat, resistència mecànica, propietats tèrmiques i modes de fallada.
Les ceràmiques de nitrur de silici tenen una excel·lent estabilitat química i poden resistir la corrosió de gairebé tots els àcids inorgànics (excepte l'àcid fluorhídric) i les solucions de sosa càustica amb una concentració inferior al 30%. Al mateix temps, també tenen una bona tolerància a la corrosió de moltes substàncies orgàniques. És important destacar que no humecten una varietat de solucions de metalls no fèrrics, especialment líquids d'alumini, i poden suportar una radiació forta. Les ceràmiques de nitrur de silici tenen una densitat baixa i una gravetat específica baixa, només 2/5 d'acer i tenen un bon aïllament elèctric.
Autolubricant
Els coixinets ceràmics complets poden funcionar correctament sense l'ús de lubricants, de manera que l'aplicació en bombes criogèniques permet als investigadors evitar la influència dels canvis de viscositat del lubricant en el funcionament normal dels coixinets. Els coixinets criogènics s'utilitzen principalment en diversos tipus de bombes de líquids, com ara bombes de gas natural liquat, bombes de nitrogen líquid (hidrogen, oxigen), bombes de butà, etc. Aquests dispositius necessiten mantenir un rendiment estable i una llarga vida en entorns de baixa temperatura i ceràmica. els coixinets s'han convertit en una part indispensable d'aquests dispositius pel seu excel·lent rendiment i adaptabilitat. Els coixinets de ceràmica també s'han utilitzat àmpliament en equips com bombes de líquids per a coets i míssils i naus espacials. Aquests dispositius han de funcionar en entorns extremadament durs, i els coixinets de ceràmica tenen una excel·lent resistència a la corrosió i la capacitat d'adaptar-se a entorns d'alta i baixa temperatura, el que els converteix en una opció ideal per a aquests dispositius.
Cas d'aplicació - MRI
La ressonància magnètica (MRI) és una tecnologia d'imatge àmpliament utilitzada en investigació mèdica i científica. Sovint s'associa amb escàners de ressonància magnètica als hospitals, que utilitzen camps magnètics forts per generar imatges bidimensionals i tridimensionals del cos humà o d'altres objectes vius. En els escàners de ressonància magnètica, tots els equips utilitzats han de ser no magnètics per evitar interferències amb la imatge. Per tant, els coixinets d'acer tradicionals no són adequats en aquest escenari perquè el seu magnetisme pot afectar la qualitat de la imatge. Els coixinets de ceràmica no magnètics són molt adequats per utilitzar-los dins dels escàners de ressonància magnètica. L'avantatge dels coixinets de ceràmica és que són altament no magnètics i, per tant, no causen cap interferència amb les exploracions de ressonància magnètica. A més, els coixinets de ceràmica també tenen una excel·lent resistència a la corrosió i una alta duresa, que poden mantenir un rendiment estable en entorns durs.
Cas d'aplicació - Sala blanca
Una sala neta és un entorn extremadament proper al lliure de pols, que ofereix als investigadors condicions lliures de contaminació per preparar i mesurar petits instruments, equips o materials. Tanmateix, la capacitat de mantenir aquest entorn lliure de pols sovint es veu desafiada, sobretot perquè el lubricant dels coixinets d'acer estàndard s'allibera gradualment al medi ambient. Aquest fenomen pot soscavar el control de la neteja de la sala blanca. Els coixinets ceràmics complets proporcionen una solució. Com que poden funcionar sense lubricants, els coixinets de ceràmica gairebé no produeixen fricció durant el funcionament, i la superfície es pot fer molt llisa, aconseguint així un funcionament sense lubricants. A més, a diferència dels coixinets d'acer inoxidable, els coixinets de ceràmica completa no generen acumulació de calor a l'interior del coixinet, de manera que no es requereix lubricació per ajudar a dissipar la calor.
L'ús de coixinets ceràmics sense lubricants pot eliminar completament el problema de desgasificació causat pels coixinets d'acer, mantenint així el control de la neteja de la sala neta. Els coixinets ceràmics complets no només funcionen sense problemes, sinó que també proporcionen un rendiment estable i fiable a les sales netes. Per tant, els coixinets de ceràmica tenen un paper important en el manteniment de la neteja i les capacitats de control de les sales netes.
Conclusió
Els coixinets ceràmics complets tenen avantatges com la resistència a les altes temperatures, la resistència a la corrosió i l'aïllament elèctric, però també s'enfronten als reptes de costos molt més elevats que els coixinets d'acer i una capacitat de càrrega relativament baixa. Per a aplicacions especials, com ara alta temperatura, alta pressió, corrosió, precisió, neteja i altres entorns de treball, val la pena invertir en els coixinets de ceràmica completa.