Ikuti saya di: 
Panduan Utama Bahan Bantalan Keramik
Bahan keramik banyak digunakan di berbagai bidang karena sifatnya yang unik seperti kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, ketahanan aus, dan stabilitas suhu tinggi. Misalnya, penelitian telah menunjukkan hal itu bantalan keramik penuh berkinerja lebih baik di dalam air dibandingkan baja tahan karat apa pun. Bahan bantalan keramik yang umum digunakan antara lain silikon nitrida (Si3N4), zirkonium oksida (ZrO2), aluminium oksida (Al2O3) atau silikon karbida (SiC). Bahan keramik terbaik untuk lingkungan yang tercemar air adalah silikon nitrida dan zirkonium oksida, yang memiliki masa pakai 70 kali lebih lama dibandingkan bantalan baja tahan karat. Blog ini bertujuan untuk mendalami klasifikasi dan spesifikasi bahan bantalan keramik, bantalan keramik proses manufaktur, dan memberikan saran yang membangun untuk pemahaman komprehensif Anda tentang bantalan keramik.
Komponen utama keramik alumina adalah Al2O3 yang umumnya mengandung lebih dari 45%. Keramik alumina memiliki berbagai sifat unggulan seperti tahan suhu tinggi, tahan korosi, kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan sifat dielektrik yang baik, yaitu 2 hingga 3 kali lipat dari keramik biasa. Namun kelemahan keramik alumina adalah rapuh dan tidak tahan terhadap perubahan suhu lingkungan secara tiba-tiba. Alumina dapat dibagi menjadi beberapa seri sesuai dengan kandungan Al2O3 dan bahan tambahan yang digunakan. Misalnya alumina dapat dibagi menjadi 75% alumina, 85% alumina, 95% alumina, 99% alumina, dll.
Bahan | Alumina | ||||
Milik | Satuan | AL997 | AL995 | AL99 | AL95 |
% Alumina | - | 99.70% | 99.50% | 99.00% | 95.00% |
Warna | - | Gading | Gading | Gading | Gading dan Putih |
Permeabilitas | - | Kedap udara | Kedap udara | Kedap udara | Kedap udara |
Kepadatan | g / cm³ | 3.94 | 3.9 | 3.8 | 3.75 |
Kelurusan | - | 1 ‰ | 1 ‰ | 1 ‰ | 1 ‰ |
Kekerasan | Skala Mohs | 9 | 9 | 9 | 8.8 |
Penyerapan air | - | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 |
Kekuatan Lentur (Khas pada 20°C) | MPa | 375 | 370 | 340 | 304 |
Kekuatan Tekan (Khas pada 20°C) | MPa | 2300 | 2300 | 2210 | 1910 |
Koefisien Ekspansi Termal (25°C hingga 800°C) | 0-6/°C | 7.6 | 7.6 | 7.6 | 7.6 |
Kekuatan Dielektrik (ketebalan 5mm) | AC kV/mm | 10 | 10 | 10 | 10 |
Rugi Dielektrik (25°C @ 1MHz) | - | 0.0006 | 0.0004 | ||
Konstanta Dielektrik (25°C @ 1MHz) | - | 9.8 | 9.7 | 9.5 | 9.2 |
Resistivitas Volume (20°C @ 300°C) | Ω·cm³ | >10^14 2*10^12 | >10^14 2*10^12 | >10^14 4*10^11 | >10^14 2*10^11 |
Suhu Kerja jangka panjang | ° C | 1700 | 1650 | 1600 | 1400 |
Konduktivitas Termal (25°C) | W/m·K | 35 | 35 | 34 | 20 |
Alumina adalah isolator listrik yang sangat baik yang dapat menahan arus yang sangat tinggi. Ketahanannya terhadap listrik meningkat seiring dengan kemurniannya. Semakin tinggi kemurnian alumina, semakin tinggi ketahanannya. Diketahui bahwa alumina juga memiliki titik leleh yang sangat tinggi dan kekuatan mekanik yang kuat. Titik leleh produk Al2O3 biasa sangat tinggi, yaitu 2072°C. Namun bila suhu melebihi 1000 derajat Celsius, kekuatan mekaniknya menurun. Karena perbedaan besar dalam koefisien muai panasnya, ketahanannya terhadap guncangan termal menjadi buruk bila terkena suhu yang sangat tinggi.
Stabilitas kimia alumina yang sangat baik merupakan faktor utama dalam ketahanan korosi yang tinggi. Alumina juga sedikit larut dalam asam kuat (seperti asam sulfat panas dan HCl panas, HF juga memiliki efek korosif tertentu) dan larutan basa, tetapi tidak larut dalam air. Alumina murni dapat menahan korosi kimia, menjadikan alumina murni sebagai bahan pilihan utama untuk berbagai bagian industri. Bahan keramik alumina juga memiliki tekanan uap dan tekanan dekomposisi yang sangat rendah. Sifat keramik alumina ini menjadikannya salah satu keramik yang paling banyak digunakan dalam lingkungan struktural, keausan, dan korosi.
Keramik alumina biasanya terbuat dari bauksit dan dapat dicetak menggunakan cetakan injeksi, cetakan kompresi, pengepresan isostatik, pengecoran slip, pemesinan berlian dan ekstrusi. Seperti aluminium nitrida, alumina juga dapat diproduksi melalui pengepresan kering dan sintering atau pengepresan panas dengan alat bantu sintering yang sesuai. Karena stabilitas kimianya yang sangat baik, keramik alumina banyak digunakan pada bantalan, impeler pompa tahan asam, badan pompa, pelapis dan katup pipa asam. Karena kekerasan dan ketahanan ausnya yang sangat tinggi, keramik alumina juga sering digunakan untuk pembuatan suku cadang tekstil dan alat pemotong yang tahan aus.
Bahan Keramik – Diurutkan berdasarkan Kepadatan
Zirkonia > 99% Alumina > 94% Alumina > 85% Alumina > Aluminium Nitrida > Silikon Karbida > Mullite > Macor© > Cordierite
Bahan Keramik – Diurutkan berdasarkan Kekerasan
Silikon Karbida > 99% Alumina > YTZP Zirkonia > Silikon Nitrida > TTZ Zirkonia > 94% Alumina > 85% Alumina > Mullite > Cordierite > Macor©
Bila kandungan alumina lebih tinggi dari 95%, maka dapat digunakan sebagai isolator listrik yang sangat baik. Ia juga memiliki kehilangan dielektrik yang rendah dan banyak digunakan di bidang elektronik dan peralatan listrik. Selain itu, alumina transparan memiliki transmisi yang baik terhadap cahaya tampak dan sinar infra merah serta dapat digunakan untuk membuat lampu natrium bertekanan tinggi dan bahan jendela pendeteksi infra merah. Selain itu, keramik alumina memiliki biokompatibilitas yang sangat baik (mirip dengan paduan titanium), kekuatan tinggi, dan ketahanan aus yang tinggi. Oleh karena itu, mereka juga merupakan bahan yang ideal untuk menyiapkan tulang buatan dan sendi buatan.
Zirkonia (ZrO2)
Keramik zirkonium memiliki konduktivitas termal (isolasi) yang rendah dan kekuatan yang tinggi. Mereka pertama kali digunakan dalam perjalanan ruang angkasa pada tahun 1960an untuk membentuk penghalang termal yang memungkinkan pesawat ulang-alik memasuki atmosfer bumi. Mereka juga menangani suhu tinggi dengan baik, dengan suhu pengoperasian untuk keramik zirkonia berkisar antara -85°C hingga 400°C. Namun, bahan ini tidak tahan terhadap guncangan termal seperti silikon nitrida.
Zirkonia memiliki ketahanan terhadap korosi yang kuat, menjadikannya pilihan sempurna untuk cairan yang sangat korosif. Keramik zirkonia memiliki ketahanan yang sangat tinggi terhadap pertumbuhan retak, sehingga ideal untuk proses pengelasan dan alat pembentuk kawat. Hal ini juga membuatnya sangat cocok untuk aplikasi mekanis yang melibatkan risiko patah. Mereka juga memiliki ekspansi termal yang sangat tinggi, dengan koefisien ekspansi termal yang serupa dengan baja, menjadikannya bahan pilihan untuk penyambungan keramik dan baja. Berdasarkan sifat tribologinya, zirkonium oksida sangat cocok untuk gerakan menggelinding, seperti bantalan linier atau bantalan bola (seperti pabrikan TK linier). Selain itu, keramik zirkonium oksida dan silikon nitrida memiliki keunggulan kompatibilitas vakum yang tinggi, non-magnetik, non-konduktif, tahan suhu tinggi dan rendah, ketahanan kimia, kekakuan tinggi, dan umur panjang. Zirkonium oksida dan silikon nitrida dapat dibuat menjadi bantalan setelah pengeringan.
Dibandingkan dengan aluminium oksida, zirkonium oksida memiliki sifat mekanik yang tinggi, kekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi. Jika kekuatan adalah satu-satunya persyaratan, bahan ini direkomendasikan. Selain itu, zirkonium oksida (ZrO2) merupakan keramik yang dikenal di bidang kesehatan karena biokompatibilitas, bioinertness, sifat mekanik yang tinggi, dan stabilitas kimia. Dalam industri gigi, keramik zirkonium oksida digunakan untuk memproduksi berbagai produk restorasi gigi. Misalnya, blanko zirkonia buram atau tembus cahaya digunakan untuk membuat jembatan, mahkota, dan veneer. Zirkonia panas yang ditekan secara isostatik digunakan untuk membuat implan dan penyangga gigi. Salah satu keuntungan utama menggunakan zirkonia untuk restorasi gigi adalah permukaan akhir produk jadi sangat mirip dengan gigi asli. Selain itu, keramik zirkonia bersifat tembus cahaya dan berkilau, sehingga cocok untuk aplikasi yang tampilannya mirip dengan material gigi di sekitarnya.
Silikon karbida
Keramik silikon karbida terutama terdiri dari SiC, yang merupakan keramik suhu tinggi berkekuatan tinggi dan kekerasan tinggi. Ketika digunakan pada suhu tinggi 1200℃ hingga 1400℃, keramik silikon karbida masih dapat mempertahankan kekuatan lentur yang tinggi dan dapat digunakan untuk komponen bersuhu tinggi seperti nozel ekor roket, selongsong termokopel, dan tabung tungku. Keramik silikon karbida juga memiliki konduktivitas termal yang baik, ketahanan oksidasi, konduktivitas listrik, dan ketangguhan benturan yang tinggi. Ini adalah bahan keramik yang kuat dan tahan lama yang juga memiliki kepadatan rendah, laju ekspansi termal rendah, dan ketahanan guncangan termal yang sangat baik, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi.
Komposisi | Silikon karbida |
Berat molekul | 40.1 |
Penampilan | Black |
melting Point | 2,730°C (4,946°F) (Dekomposisi) |
Kepadatan | 3.0 hingga 3.2 g/cm³ |
Resistivitas Listrik | 1 hingga 4 x 10^5 Ω·m |
kerenikan | 0.15 untuk 0.21 |
Panas Spesifik | 670 hingga 1180 J/kg·K |
Silikon karbida diproduksi dengan menggabungkan atom karbon dan silikon secara kimia. Partikel silikon karbida telah digunakan sebagai bahan abrasif selama bertahun-tahun, paling sering dalam bentuk amplas. Namun, partikel-partikel ini dapat diikat bersama melalui sintering untuk membentuk bahan keramik yang sangat tahan lama dan memiliki sifat mekanik yang sangat baik, sehingga menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk pembuatan bantalan. Karena konduktivitas termal dan listriknya yang tinggi, silikon karbida dapat digunakan sebagai komponen eliminasi statis.
Keramik nitrida
Keramik nitrida terbuat dari logam nitrida, seperti silikon nitrida dan aluminium nitrida. Keramik silikon nitrida (Si3N4) Si3N4 adalah komponen utama keramik silikon nitrida, yang merupakan bahan berkekuatan tinggi, kekerasan tinggi, tahan aus, tahan korosi, dan dapat melumasi sendiri. suhu tinggi keramik.
Milik | Nilai |
Warna | Abu-abu dan Abu-abu Gelap |
Kepadatan | 3.2 hingga 3.25 g/cm³ |
Kekerasan | HRA 92 hingga 94 |
Suhu Operasi Maksimum | 1300 ke 1600 ° C |
Konduktivitas Termal | 23 hingga 25 W/(m·K) |
Kekuatan Lentur | ≥900 MPa |
Ketangguhan patah | 6 hingga 8 MPa·m¹/² |
Koefisien Ekspansi Termal | 2.95 hingga 3 x 10⁻⁶ /°C (0 hingga 1400°C) |
Jika Anda mencari material yang tahan terhadap suhu tinggi dan kondisi mekanis yang keras, maka silikon karbida adalah pilihan yang baik, meskipun material ini relatif mahal. Dalam hal ketahanan terhadap suhu tinggi, silikon nitrida lebih unggul daripada larutan logam, dan Si3N4 memiliki kisaran suhu pengoperasian -100°C hingga 900°C. Selain itu, koefisien ekspansi linier silikon nitrida merupakan yang terkecil di antara semua jenis keramik. Koefisien muai panas silikon nitrida adalah 3.2 x 10-6/k, sedangkan koefisien muai panas silikon karbida adalah 3 x 10-6/k. Koefisien ekspansi termal zirkonium oksida dan aluminium oksida masing-masing adalah 10.5 x 10-6/k dan 8.5 x 10-6/k, tetapi keduanya jauh lebih rendah daripada baja bantalan, yang memiliki koefisien 12.5 x 10-6/k.
Klasifikasi | Aluminium Oksida | Aluminium Oksida | Aluminium Oksida | Aluminium Oksida | Silikon karbida | Silikon karbida | Silikon Nitrida | Mullite | Zirkonium Oksida | Talek |
| KMA995 | KMG995 | KMA96 | KMA96 | KMG96 | KMG96 | Kai170 | Talek | KYCS | —- |
Komponen utama | 99.7 | 99.6 | 96 | 96 | 92 | 92 | 92 | 92 | 92 | 92 |
Warna | Seperti susu | Putih | Putih | Putih | Putih | Black | Black | Abu-abu | Putih | Abu-abu |
Massa Jenis (g/cm³) | 3.9 | 3.9 | 3.7 | 3.7 | 6 | 3.1 | 3.2 | 2.7 | 3.5 | 2.7 |
Kekuatan Lentur (MPa) | 400 | 390 | 320 | 320 | 1000 | 450 | 420 | 200 | 120 | 150 |
Modulus Young (GPa) | 380 | 370 | 340 | 340 | 410 | 350 | 310 | 210 | 130 | 170 |
Mekanis | Kekerasan (GPa) | 21 | 20 | 19 | 19 | 24 | 13 | 22 | 13 | 22 |
Rasio Poisson | - | 0.24 | 0.24 | 0.23 | 0.31 | - | - | - | - | - |
Ketangguhan Patah (MPa·m¹/²) | 4.1 | 4 | 3.5 | 3.5 | 4 | 4.6 | 6 | 2.5 | 4 | 3.2 |
Koefisien Ekspansi Termal (×10⁻⁶/°C) | 6.4 | 5.8 | 5.7 | 5.7 | 7.7 | 11 | 3.2 | 2.5 | 2.5 | 3.0 |
Panas | Konduktivitas Termal (W/m·K) | 30 | 28 | 21 | 21 | 120 | 80 | 17 | 1.2 | 1.2 |
Kalor Spesifik (J/g·K) | 0.78 | 0.78 | 0.78 | 0.78 | 1.4 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
Konstanta Dielektrik (1 MHz) | 10.1 | 10.1 | 9.4 | 9.5 | 11 | 7 | 7 | 8.5 | 8.5 | 6.5 |
Rugi Dielektrik (×10⁻⁴) | 50 | 50 | 40 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
Resistivitas Volume (Ω·cm) | 10¹⁵ | 10¹⁵ | 10¹⁴ | 10¹⁴ | 10¹² | 10¹² | 10¹² | 10¹³ | 10¹³ | 10¹³ |
Tegangan Kerusakan (kV/mm) | 10 | 10 | 10 | 10 | 11 | 11 | 11 | 10 | 10 | 10 |
Fitur | Kekuatan tinggi | Kekuatan tinggi | Kekuatan tinggi | Kekuatan tinggi | Kekerasan Tinggi | Kekerasan Tinggi | Ketangguhan Tinggi | Ketangguhan Tinggi | Konduktivitas Termal Rendah | Konduktivitas Termal Rendah |
| Isolasi | Isolasi | Isolasi | Isolasi | Konduktif | Konduktif | Isolasi | Isolasi | Ringan | Ringan |
penggunaan | Bahan Kasar | Bahan Kasar | Bahan Kasar | Bahan Kasar | Bahan Kasar | Bahan Kasar | Bahan Sealing | Bahan Sealing | Isolasi termal | Isolasi termal |
| Bagian yang tahan aus | Bagian yang tahan aus | Bagian yang tahan aus | Bagian yang tahan aus | Bagian Tahan Suhu Tinggi | Bagian Tahan Suhu Tinggi | Bagian Aerospace | Bagian Aerospace | Bagian Peralatan Semikonduktor | Bagian Peralatan Semikonduktor |
| Bagian Suhu Tinggi | Bagian Suhu Tinggi | Bagian Suhu Tinggi | Bagian Suhu Tinggi | alat bagian | alat bagian | Bagian Elektroda | Bagian Elektroda | Gigi palsu | Gigi palsu |
| Bagian Semikonduktor | Bagian Semikonduktor | Bagian Semikonduktor | Bagian Semikonduktor | - |
|
|
|
|
Barang | Satuan | Si₃N₄ | ZrO₂ | Al₂O₃ (99.5%) | SiC | Bearing Steel |
Kepadatan | g / cm³ | 3.23 | 6.05 | 3.92 | 3.12 | 7.85 |
Penyerapan air | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Koefisien Ekspansi Termal Linear | 10⁻⁶/k | 3.2 | 10.5 | 8.5 | 3 | 12.5 |
Modulus Elastisitas (Mod Young) | GPa | 300 | 210 | 340 | 440 | 208 |
Rasio Poisson | / | 0.26 | 0.3 | 0.22 | 0.17 | 0.3 |
Kekerasan (Hv) | MPa | 1500 | 1200 | 1650 | 2800 | 700 |
Kekuatan Lentur (@ RT) | MPa | 720 | 950 | 310 | 390 | 520 (kekuatan tarik) |
Kekuatan Lentur (700°C) | MPa | 450 | 210 | 230 | 380 | / |
Kekuatan Tekan (@ RT) | MPa | 2300 | 2000 | 1800 | 1800 | / |
Ketangguhan Patah, K₁c | MPa·m¹/² | 6.2 | 10 | 4.2 | 3.9 | 25 |
Konduktivitas Termal (@ RT) | W/m·k | 25 | 2 | 26 | 120 | 40 |
Resistivitas Listrik (@ RT) | Ω·mm²/m | >10¹³ | >10¹⁵ | >10¹⁶ | >10³ | 0.1 ~ 1 |
Maks. Gunakan Suhu (tanpa memuat) | Â ° F | 1050 | 750 | 1500 | 1700 | 1700 |
Ketahanan Korosi | / | Sangat baik | Sangat baik | Sangat baik | Sangat baik | Tidak baik |
Silikon nitrida memiliki ketahanan guncangan termal hingga 600°C, sedangkan silikon karbida memiliki ketahanan guncangan termal hanya 400°C, yang menunjukkan bahwa risiko patah akibat perubahan suhu minimal. Di lingkungan dengan perubahan suhu yang besar, ketika ketahanan terhadap guncangan termal adalah prioritas utama, silikon nitrida dan silikon karbida adalah pilihan terbaik. Selain itu, silikon nitrida memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan dapat menahan korosi dari berbagai asam kecuali asam fluorida, serta korosi dari alkali dan berbagai logam. Ini memiliki isolasi listrik dan ketahanan radiasi yang sangat baik.
Sifat keramik silikon nitrida ini membuatnya berguna sebagai bantalan suhu tinggi, segel yang digunakan dalam media korosif, thermowell, alat pemotong logam, dll. Misalnya, industri bantalan bola telah menggunakan bahan ini selama puluhan tahun karena kinerjanya telah terbukti dan sering digunakan dalam elemen penggulung bantalan keramik, seperti bola dan rol. Ketangguhan mekaniknya yang sangat tinggi dan ketahanan panas yang sangat baik, ketahanan terhadap korosi dan ketahanan aus adalah alasan mengapa ia digunakan dalam berbagai aplikasi beban tinggi.
Proses pembuatan bantalan keramik
1. Pengolahan bubuk. Pengolahan serbuk keramik sangat mirip dengan pengolahan serbuk logam. Pengolahan bubuk keramik melibatkan produksi bubuk dengan cara menggiling, kemudian membuat produk ramah lingkungan, dan kemudian mengkonsolidasikannya untuk mendapatkan produk akhir. Bubuk adalah kumpulan partikel halus. Serbuk keramik dapat diperoleh dengan cara menghancurkan, menggiling, memisahkan kotoran, mencampur, dan mengeringkan bahan baku.
2. Pencampuran. Komponen keramik dicampur melalui berbagai prosedur dan mesin, dan diubah menjadi bubur dengan menambahkan air atau cairan lainnya.
3. Metode pencetakan. Ada dua metode utama pencetakan bantalan keramik, yaitu cetakan injeksi dan cetakan bubuk. Cetakan injeksi adalah mencampur bubuk keramik, pengikat organik, bahan reologi, bubuk sub-mikron, dll., dan menyuntikkannya ke dalam cetakan untuk dicetak. Pencetakan bubuk adalah mengompres bubuk keramik ke dalam badan cetakan dan kemudian menyinternya. Kedua metode ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing-masing, dan keduanya harus dipilih sesuai dengan kebutuhan teknis tertentu.
4. Proses sintering. Selama proses produksi bantalan keramik, diperlukan perlakuan sintering untuk memadatkan badan cetakan menjadi produk jadi, dan pada saat yang sama, kekerasan dan kekuatannya juga dapat ditingkatkan. Proses sintering bantalan keramik terutama mencakup sintering oksida dan sintering non-oksida. Menurut alur prosesnya, sintering mula-mula dilakukan dalam atmosfer pengoksidasi, kemudian sintering dilakukan dalam atmosfer non-oksidasi. Selama keseluruhan proses sintering, parameter lingkungan seperti suhu, tekanan, dan atmosfer perlu dikontrol untuk mencapai efek yang diinginkan.
5. Mesin presisi. Bantalan keramik sinter perlu menjalani pemesinan presisi berikutnya, termasuk penggilingan, pemolesan, dan langkah-langkah lainnya untuk memastikan keakuratan geometrik dan kualitas permukaannya. Pada saat yang sama, pemeriksaan kualitas juga diperlukan, termasuk deteksi dan analisis indikator seperti kekerasan, kepadatan, deviasi dimensi, dan kebisingan untuk memastikan bahwa produk memenuhi standar internasional dan persyaratan pelanggan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas bantalan keramik
Kualitas dan efisiensi pemrosesan bantalan keramik dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk kualitas bahan, metode pencetakan, proses sintering, teknologi dan peralatan pemesinan presisi. Selain itu juga dipengaruhi oleh parameter lingkungan seperti suhu, tekanan, kecepatan, dan atmosfer pada saat pengolahan. Mengingat faktor-faktor ini, teknisi pemrosesan perlu memilih aliran proses, peralatan, dan perkakas yang tepat untuk memastikan kualitas pemrosesan. Dalam bidang penerapan material keramik saat ini, bantalan keramik telah menjadi teknologi inti yang sangat diperlukan.