I cuscinetti in ceramica tendono a mettere in ombra le loro controparti in acciaio. In molti dispositivi medici o semiconduttori non magnetici e non conduttivi, i cuscinetti in ceramica dovrebbero essere la prima scelta. Conoscenza approfondita del team tecnico di AUB Bearings. Per molti anni, AUB è stato un produttore e fornitore di cuscinetti di alta qualità, concentrandosi su diverse serie di cuscinetti, inclusi cuscinetti in ceramica integrale e cuscinetti in ceramica ibrida.
Le piste e le sfere dei cuscinetti interamente in ceramica sono interamente realizzate in materiali ceramici, che sono per molti versi superiori ai normali cuscinetti in acciaio. La ceramica è un materiale ideale per qualsiasi applicazione che cerchi di raggiungere velocità più elevate, ridurre il peso complessivo o in ambienti estremamente difficili dove sono presenti alte temperature e sostanze corrosive. IL
I cuscinetti ibridi in ceramica sono il tipo più comune di cuscinetti in ceramica e sono costituiti da un anello interno ed esterno in acciaio con ceramica (solitamente Si3N4) sfere al posto dell'acciaio. I tipi comuni di cuscinetti in ceramica sono i cuscinetti a sfere a contatto angolare e a gola profonda. I cuscinetti ibridi in ceramica sono il tipo più comune di cuscinetti in ceramica e sono costituiti da anelli interni ed esterni in acciaio con sfere in ceramica (solitamente Si3N4) invece che in acciaio.
I cuscinetti in ceramica sono generalmente realizzati con i seguenti materiali:
Poiché la ceramica è una superficie simile al vetro, ha un coefficiente di attrito estremamente basso, che la rende ideale per le applicazioni che cercano di ridurre l'attrito. Le sfere in ceramica richiedono meno lubrificazione e sono più dure delle sfere in acciaio, il che contribuirà a prolungare la durata del cuscinetto. Le prestazioni termiche sono migliori rispetto alle sfere d'acciaio, quindi viene generato meno calore alle alte velocità.
Le gabbie dei cuscinetti in ceramica integrale sono generalmente realizzate in plastica ad alte prestazioni, come PEEK o PTFE. Le gabbie dei cuscinetti in ceramica di AUB sono realizzate in polietere etere chetone (PEEK), un materiale termoplastico utilizzato in varie applicazioni di semiconduttori. Il PEEK è leggero, ha ottime proprietà meccaniche, elevate temperature di esercizio e buona resistenza ai fluidi. Per temperature estreme (fino a -253°C), viene utilizzato il policlorotrifluoroetilene (PCTFE) al posto del PEEK, che fornisce anche una migliore resistenza ai fluidi. Quando la temperatura supera i 250°C, come materiale della gabbia viene utilizzato acciaio resistente al calore.
Le sfere in ceramica sono più rotonde, più leggere, più dure e più lisce delle sfere in acciaio a causa della loro mancanza di porosità. Ciò riduce l'attrito e la perdita di energia, consentendo alla tua attrezzatura di funzionare in modo più efficiente (e più a lungo) con cuscinetti a sfera in ceramica. Poiché sono relativamente lisci, i cuscinetti a sfere in ceramica richiedono meno lubrificazione rispetto ai cuscinetti in acciaio.
· XNUMX€ I cuscinetti in ceramica possono funzionare senza lubrificazione. Questo perché i materiali ceramici non si microsaldano. La microsaldatura si verifica quando le imperfezioni superficiali sugli elementi volventi e sulla pista di rotolamento interagiscono per causare la formazione di archi, solitamente nel metallo. Ciò può degradare la superficie e ridurre significativamente la durata del cuscinetto. I materiali ceramici non hanno questo problema, rendendoli adatti a una varietà di applicazioni che richiedono un ambiente privo di lubrificazione.
· XNUMX€ Di solito hanno una durezza molto elevata (70-90 HRc) e modulo di elasticità o modulo di Young. Ciò significa che resistono al cambiamento di forma quando viene applicato un carico, migliorando al contempo le caratteristiche di usura.
• Corrosione. Le ceramiche sono materiali non metallici e non ferrosi. Non si corrodono come il metallo se esposti all'acqua e ad altri prodotti chimici pericolosi. La loro elevata resistenza alla corrosione consente loro di funzionare bene in ambienti umidi e chimicamente aggressivi.
• Pista del cuscinetto.Le sfere in ceramica sono molto meno elastiche delle sfere in acciaio, e questo è qualcosa da tenere a mente quando si considera un aggiornamento ai cuscinetti in ceramica. È più probabile che le sfere in ceramica causino danni (rientro) alle piste dei cuscinetti se si verificano carichi pesanti sul mandrino o un incidente del mandrino. Nel corso del tempo, le fossette nelle piste di rotolamento possono ingrandirsi e portare infine al guasto del mandrino.
Conduttività. A causa della mancanza di elettroni liberi nella maggior parte delle ceramiche, i cuscinetti in ceramica sono non magnetici e non conduttivi, quindi sono spesso preferiti nelle applicazioni in cui la conduttività è un problema, ad esempio se si dispone di un motore controllato da una frequenza variabile guidare.
· XNUMX€ Precisione.In termini di precisione, c'è poca differenza tra cuscinetti in ceramica e cuscinetti in acciaio. L'unica differenza è che i cuscinetti in ceramica non si espandono termicamente come i cuscinetti in acciaio, quindi non generano tanto calore alle alte velocità e non sperimentano una crescita termica misurabile.
• Costoso. I cuscinetti in ceramica sono in media il 50% più costosi dei cuscinetti in acciaio. La prima cosa che le persone possono notare durante la ricerca sui cuscinetti in ceramica è che sono molto più costosi dei cuscinetti in metallo. Questa cosa è causata da molte ragioni. La grande quantità di energia necessaria per raggiungere le temperature richieste per il processo di sinterizzazione di materie prime avanzate è associata a costi energetici e di lavorazione estremamente elevati. Poiché la ceramica è così dura, i costi di lavorazione e rettifica si sommano rapidamente durante la produzione di cuscinetti di precisione. Tutto questo deve essere fatto in un ambiente pulito da una forza lavoro qualificata. Le ceramiche sono estremamente sensibili alle impurità nei loro pori, quindi qualsiasi contaminazione può causare guasti prematuri. All'aumentare delle dimensioni, il prezzo aumenta in modo esponenziale a causa della necessità di costosi metodi di lavorazione. Questi includono il processo di sinterizzazione più lento necessario per superare i gradienti di temperatura nel corpo verde, la quantità di pressione applicata uniformemente su un volume maggiore e i conseguenti costi della macchina.
• Bassa capacità portante. Rispetto ai metalli, i cuscinetti in ceramica hanno una capacità di carico inferiore e sono sensibili agli shock termici. Lo shock termico si verifica quando un gradiente di temperatura all'interno di un materiale provoca un'espansione differenziale e quindi uno stress interno. Questa sollecitazione può superare la resistenza del materiale, provocando la formazione di crepe.
• La ceramica è anche più difficile per ottenere una finitura superficiale di alta qualità. Possono essere rettificati con una finitura superficiale di Ra 0.1, ottenendo così una classe di precisione P5.
Le applicazioni di esplorazione spaziale e altri prodotti dell'industria aerospaziale si affidano spesso a cuscinetti in ceramica. I cuscinetti leggeri e compatibili con il vuoto li rendono ideali per satelliti e veicoli spaziali che richiedono capacità di carico ottimali per una migliore dinamica di volo e accelerazione. Inoltre, questi cuscinetti possono funzionare senza lubrificanti, come grassi e oli pesanti, che tendono ad attrarre contaminanti che interferiscono con i componenti elettrici sensibili. Ci sono molte applicazioni comuni che sono strettamente legate alla nostra vita quotidiana. La durata della maggior parte dei motori di trazione ferroviaria è migliorata dai materiali ceramici. Anche le applicazioni chimiche e ibride traggono vantaggio dall'uso di cuscinetti in ceramica, in particolare per la protezione dalla contaminazione. Poiché i cuscinetti in ceramica sono chimicamente inerti, non reagiscono con sostanze chimiche aggressive né rilasciano particelle in soluzioni sensibili. Le proprietà di resistenza alla corrosione dei cuscinetti in ceramica li rendono ideali per la pulizia con soluzioni detergenti chimiche fortemente acide o alcaline. Inoltre, l'assenza di lubrificazione a base di olio e grasso riduce le possibilità di crescita e contaminazione batterica. Alcune altre applicazioni dei cuscinetti in ceramica includono:
I cuscinetti in ceramica hanno una vasta gamma di vantaggi nelle applicazioni ingegneristiche, ma ci sono anche degli svantaggi che devono essere considerati. Sono molto duri, resistenti alla corrosione e hanno un alto modulo di elasticità. Sono in grado di funzionare senza lubrificazione, hanno una bassa espansione termica, sono generalmente a bassa densità e non sono magnetici. Tuttavia, sono costosi, hanno una bassa capacità di carico, sono sensibili agli shock termici ed è difficile ottenere una finitura superficiale di alta qualità. Che si utilizzi nitruro di silicio, ossido di zirconio o carburo di silicio, i cuscinetti in ceramica sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui strumenti aerospaziali, chimici, medici e scientifici.
