Galutinis keraminių guolių medžiagų vadovas

Guolių gamintojas ir tiekėjas

Specializuojasi rutuliniuose guoliuose, ritininiuose guoliuose, traukos guoliuose, plonų sekcijų guoliuose ir kt.

Sekite mane:

Galutinis keraminių guolių medžiagų vadovas

Keraminės medžiagos yra plačiai naudojamos daugelyje sričių dėl savo unikalių savybių, tokių kaip didelis stiprumas, didelis kietumas, atsparumas dilimui ir stabilumas aukštoje temperatūroje. Pavyzdžiui, tyrimai parodė, kad pilnai keraminiai guoliai vandenyje veikia geriau nei bet kuris nerūdijantis plienas. Dažniausiai naudojamos keraminės guolių medžiagos yra silicio nitridas (Si3N4), cirkonio oksidas (ZrO2), aliuminio oksidas (Al2O3) arba silicio karbidas (SiC). Geriausios keraminės medžiagos vandeniu užterštoms aplinkoms yra silicio nitridas ir cirkonio oksidas, kurių tarnavimo laikas yra 70 kartų ilgesnis nei nerūdijančio plieno guolių. Šiame tinklaraštyje siekiama ištirti keraminių guolių medžiagų klasifikaciją ir specifikacijas, keraminis guolis gamybos procesus ir pateikti konstruktyvių pasiūlymų, kaip visapusiškai suprasti keraminius guolius.

Turinys

Aliuminio oksido keramika (Al2O3)

Pagrindinis aliuminio oksido keramikos komponentas yra Al2O3, kuriame paprastai yra daugiau nei 45%. Aliuminio oksido keramika pasižymi įvairiomis puikiomis savybėmis, tokiomis kaip atsparumas aukštai temperatūrai, atsparumas korozijai, didelis stiprumas, didelis kietumas ir geros dielektrinės savybės, kurios yra 2–3 kartus didesnės nei įprastos keramikos. Tačiau aliuminio oksido keramikos trūkumas yra tas, kad ji yra trapi ir negali priimti staigių aplinkos temperatūros pokyčių. Aliuminio oksidas gali būti skirstomas į skirtingas serijas pagal Al2O3 kiekį ir naudojamus priedus. Pavyzdžiui, aliuminio oksidą galima suskirstyti į 75% aliuminio oksido, 85% aliuminio oksido, 95% aliuminio oksido, 99% aliuminio oksido ir kt.

Medžiaga	Aliuminis
Nuosavybė	Vienetas	AL997	AL995	AL99	AL95
% aliuminio oksidas	-	99.70%	99.50%	99.00%	95.00%
Spalva	-	dramblio kaulas	dramblio kaulas	dramblio kaulas	Dramblio kaulas ir balta
Pralaidumas	-	Hermetiškas	Hermetiškas	Hermetiškas	Hermetiškas
Tankis	g / cm³	3.94	3.9	3.8	3.75
Tiesumas	-	1 ‰	1 ‰	1 ‰	1 ‰
Kietumas	Moso skalė	9	9	9	8.8
Vandens sugėrimas	-	≤ 0.2	≤ 0.2	≤ 0.2	≤ 0.2
Lenkimo stiprumas (tipiškas 20°C temperatūroje)	Mpa	375	370	340	304
Atsparumas gniuždymui (tipiškas 20°C temperatūroje)	Mpa	2300	2300	2210	1910
Šiluminio plėtimosi koeficientas (nuo 25°C iki 800°C)	0-6/°C	7.6	7.6	7.6	7.6
Dielektrinis stiprumas (5 mm storis)	AC kV/mm	10	10	10	10
Dielektrinis nuostolis (25°C @ 1MHz)	-	<0.0001	<0.0001	0.0006	0.0004
Dielektrinė konstanta (25°C @ 1MHz)	-	9.8	9.7	9.5	9.2
Tūrio varža (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
Ilgalaikė darbo temperatūra	° C	1700	1650	1600	1400
Šilumos laidumas (25°C)	W/m·K	35	35	34	20

Aliuminio oksidas yra puikus elektros izoliatorius, galintis atsispirti itin didelėms srovėms. Jo atsparumas elektrai didėja didėjant jo grynumui. Kuo didesnis aliuminio oksido grynumas, tuo didesnis jo atsparumas. Gerai žinoma, kad aliuminio oksidas taip pat turi labai aukštą lydymosi temperatūrą ir stiprų mechaninį stiprumą. Įprastų Al2O3 produktų lydymosi temperatūra yra labai aukšta – 2072°C. Tačiau kai temperatūra viršija 1000 laipsnių Celsijaus, jo mechaninis stiprumas mažėja. Dėl didžiulio jo šiluminio plėtimosi koeficiento skirtumo jo atsparumas šiluminiam šokui yra menkas, kai jį veikia labai aukšta temperatūra.

Puikus aliuminio oksido cheminis stabilumas yra pagrindinis jo atsparumo korozijai veiksnys. Aliuminio oksidas taip pat šiek tiek tirpsta stipriose rūgštyse (pvz., karštoje sieros rūgštyje ir karštame HCl, HF taip pat turi tam tikrą korozinį poveikį) ir šarminiuose tirpaluose, tačiau netirpsta vandenyje. Grynas aliuminio oksidas gali atsispirti cheminei korozijai, todėl grynas aliuminio oksidas yra pagrindinė įvairių pramoninių dalių pasirinkimo medžiaga. Aliuminio oksido keramikos medžiagos taip pat turi labai mažą garų slėgį ir skilimo slėgį. Dėl šių aliuminio oksido keramikos savybių ji yra viena iš plačiausiai naudojamų keramikos konstrukcijų, nusidėvėjimo ir korozijos aplinkoje.

Aliuminio oksido keramika paprastai gaminama iš boksito ir gali būti formuojama naudojant liejimą įpurškimu, suspaudimą, izostatinį presavimą, slydimo liejimą, deimantinį apdirbimą ir ekstruziją. Kaip ir aliuminio nitridas, aliuminio oksidas taip pat gali būti gaminamas sauso presavimo ir sukepinimo būdu arba karšto presavimo būdu naudojant atitinkamas sukepinimo priemones. Dėl puikaus cheminio stabilumo aliuminio oksido keramika plačiai naudojama guoliuose, rūgštims atspariuose siurblių sparnuotėse, siurblių korpusuose, rūgščių vamzdynų įdėklose ir vožtuvuose. Dėl itin didelio kietumo ir atsparumo dilimui aliuminio oksido keramika taip pat dažnai naudojama tekstilės dilimui atsparioms detalėms ir pjovimo įrankiams gaminti.

Keraminės medžiagos – rūšiuojamos pagal tankį

Cirkonis > 99% aliuminio oksidas > 94% aliuminio oksidas > 85% aliuminio oksidas > aliuminio nitridas > silicio karbidas > mulitas > Macor© > kordieritas

Keraminės medžiagos – rūšiuojamos pagal kietumą

Silicio karbidas > 99 % aliuminio oksidas > YTZP cirkonis > silicio nitridas > TTZ cirkonis > 94 % aliuminio oksidas > 85 % aliuminio oksidas > mulitas > kordieritas > Macor©

Kai aliuminio oksido kiekis yra didesnis nei 95%, jis gali būti naudojamas kaip puikus elektros izoliatorius. Jis taip pat turi mažus dielektrinius nuostolius ir yra plačiai naudojamas elektronikos ir elektros prietaisų srityse. Be to, skaidrus aliuminio oksidas gerai praleidžia matomą šviesą ir infraraudonuosius spindulius ir gali būti naudojamas aukšto slėgio natrio lempoms ir infraraudonųjų spindulių aptikimo langų medžiagoms gaminti. Be to, aliuminio oksido keramika pasižymi puikiu biologiniu suderinamumu (panašiu į titano lydinius), dideliu stiprumu ir dideliu atsparumu dilimui. Todėl jie taip pat yra ideali medžiaga dirbtiniams kaulams ir dirbtiniams sąnariams ruošti.

Cirkonis (ZrO2)

Cirkonio keramika pasižymi mažu šilumos laidumu (izoliuoja) ir dideliu stiprumu. Pirmą kartą jie buvo panaudoti kelionėse į kosmosą septintajame dešimtmetyje, siekiant suformuoti šiluminę barjerą, leidžiančią erdvėlaiviui patekti į Žemės atmosferą. Jie taip pat gerai atlaiko aukštą temperatūrą, o cirkonio oksido keramikos darbinė temperatūra svyruoja nuo -1960°C iki 85°C. Tačiau jie nėra tokie atsparūs šiluminiam smūgiui kaip silicio nitridas.

Cirkonio oksidas pasižymi dideliu atsparumu korozijai, todėl jis yra puikus pasirinkimas labai koroziniams skysčiams. Cirkonio oksido keramika turi labai didelį atsparumą įtrūkimų augimui, todėl puikiai tinka suvirinimo procesams ir vielos formavimo įrankiams. Dėl to jie taip pat labai tinka mechaniniams darbams, susijusiems su lūžių rizika. Jie taip pat turi labai didelį šiluminį plėtimąsi, o šiluminio plėtimosi koeficientas panašus į plieno, todėl jie yra tinkamiausia sujungimo medžiaga. keramika ir plienas. Remiantis tribologinėmis savybėmis, cirkonio oksidas labai tinka riedėjimo judesiams, pavyzdžiui, linijiniams guoliams arba rutuliniams guoliams (pvz., gamintojo TK linear). Be to, cirkonio oksido ir silicio nitrido keramika pasižymi dideliu suderinamumu su vakuumu, nemagnetiniu, nelaidžiu, atsparumu aukštai ir žemai temperatūrai, cheminiam atsparumui, dideliu tvirtumu ir ilgaamžiškumu. Cirkonio oksidas ir silicio nitridas gali būti pagaminti į guolius po sauso veikimo.

Palyginti su aliuminio oksidu, cirkonio oksidas pasižymi aukštomis mechaninėmis savybėmis, dideliu stiprumu ir dideliu kietumu. Jei tvirtumas yra vienintelis reikalavimas, rekomenduojama naudoti šią medžiagą. Be to, cirkonio oksidas (ZrO2) yra keramika, žinoma sveikatos srityje dėl savo biologinio suderinamumo, bioinertiškumo, aukštų mechaninių savybių ir cheminio stabilumo. Odontologijos pramonėje cirkonio oksido keramika naudojama įvairiems dantų atkūrimo gaminiams gaminti. Pavyzdžiui, nepermatomi arba peršviečiami cirkonio oksido ruošiniai naudojami tiltams, karūnėlėms ir faneruotėms gaminti. Karštai izostatiškai presuotas cirkonis naudojamas dantų implantams ir atramų gamybai. Vienas iš pagrindinių cirkonio oksido privalumų dantų restauravimui yra tai, kad gatavo produkto paviršiaus apdaila labai primena natūralių dantų paviršių. Be to, cirkonio oksido keramika yra permatoma ir blizga, todėl tinka naudoti, kai išvaizda yra panaši į aplinkinių dantų medžiagą.

Silicio karbidas

Silicio karbido keramika daugiausia sudaryta iš SiC, kuris yra didelio stiprumo, didelio kietumo aukštos temperatūros keramika. Kai naudojama aukštoje temperatūroje nuo 1200 ℃ iki 1400 ℃, silicio karbido keramika vis tiek gali išlaikyti aukštą lenkimo stiprumą ir gali būti naudojama aukštos temperatūros komponentams, tokiems kaip raketos uodegos purkštukai, termoporos įvorės ir krosnies vamzdžiai. Silicio karbido keramika taip pat turi gerą šilumos laidumą, atsparumą oksidacijai, elektros laidumą ir didelį atsparumą smūgiams. Tai stipri ir patvari keraminė medžiaga, kuri taip pat turi mažą tankį, mažą šiluminio plėtimosi greitį ir puikų atsparumą šiluminiam smūgiui, todėl tinka įvairioms reikmėms.

Sudėtis	Silicio karbidas
Molekulinė masė	40.1
Išvaizda	Juodas
Lydymosi temperatūra	2,730°C (4,946°F) (skilimas)
Tankis	3.0–3.2 g/cm³
Atsparumas elektrai	1–4 x 10^5 Ω·m
Akytumas	0.15 į 0.21
Specifinis karštis	670–1180 J/kg·K

Silicio karbidas gaminamas chemiškai sujungiant anglies ir silicio atomus. Silicio karbido dalelės daugelį metų buvo naudojamos kaip abrazyvas, dažniausiai švitrinio popieriaus pavidalu. Tačiau šias daleles galima sujungti sukepinant, kad susidarytų labai patvari keraminė medžiaga, pasižyminti puikiomis mechaninėmis savybėmis, todėl tai puikus pasirinkimas gaminant guolius. Dėl didelio šilumos ir elektros laidumo silicio karbidas gali būti naudojamas kaip statinį šalinimo komponentas.

Nitrido keramika

Nitrido keramika yra pagaminti iš metalo nitridų, pvz silicio nitridas ir aliuminio nitridas. Silicio nitrido keramika (Si3N4) Si3N4 yra pagrindinis silicio nitrido keramikos komponentas, kuris yra didelio stiprumo, didelio kietumo, atsparus dilimui, atsparus korozijai ir savaime tepantis. aukštos temperatūros keramikos.

Nuosavybė	Vertė
Spalva	Pilka ir tamsiai pilka
Tankis	3.2–3.25 g/cm³
Kietumas	HRA nuo 92 iki 94
Maksimali darbinė temperatūra	1300 iki 1600 ° C
Šilumos laidumas	23–25 W/(m·K)
Lenkimo stipris	≥900 MPa
Lūžio tvirtumas	6–8 MPa·m¹/²
Šiluminio plėtimosi koeficientas	2.95–3 x 10⁻⁶ /°C (nuo 0 iki 1400 °C)

Jei ieškote medžiagos, kuri galėtų atlaikyti aukštą temperatūrą ir atšiaurias mechanines sąlygas, silicio karbidas yra geras pasirinkimas, nors ši medžiaga yra gana brangi. Kalbant apie atsparumą aukštai temperatūrai, silicio nitridas yra pranašesnis už metalinius tirpalus, o Si3N4 darbinės temperatūros diapazonas yra nuo -100°C iki 900°C. Be to, silicio nitrido tiesinis plėtimosi koeficientas yra mažiausias tarp visų rūšių keramikos. Silicio nitrido šiluminio plėtimosi koeficientas yra 3.2 x 10-6/k, o silicio karbido šiluminio plėtimosi koeficientas yra 3 x 10-6/k. Cirkonio oksido ir aliuminio oksido šiluminio plėtimosi koeficientai yra atitinkamai 10.5 x 10-6/k ir 8.5 x 10-6/k, tačiau abu yra daug mažesni nei guolių plieno, kurio koeficientas yra 12.5 x 10-6/k.

klasifikacija	Aliuminio oksidas	Aliuminio oksidas	Aliuminio oksidas	Aliuminio oksidas	Silicio karbidas	Silicio karbidas	Silicio nitridas	Mulitas	Cirkonio oksidas	talkas
	KMA995	KMG995	KMA96	KMA96	KMG96	KMG96	Kai170	talkas	KYCS	-
Pagrindinis komponentas	99.7	99.6	96	96	92	92	92	92	92	92
Spalva	Pieniškas	Baltas	Baltas	Baltas	Baltas	Juodas	Juodas	Pilkas	Baltas	Pilkas
Tūrinis tankis (g/cm³)	3.9	3.9	3.7	3.7	6	3.1	3.2	2.7	3.5	2.7
Lankstumo jėga (MPa)	400	390	320	320	1000	450	420	200	120	150
Youngo modulis (GPa)	380	370	340	340	410	350	310	210	130	170
Mechaninis	Kietumas (GPa)	21	20	19	19	24	13	22	13	22
Poissono santykis	-	0.24	0.24	0.23	0.31	-	-	-	-	-
Atsparumas lūžiams (MPa·m¹/²)	4.1	4	3.5	3.5	4	4.6	6	2.5	4	3.2
Šiluminio plėtimosi koeficientas (×10⁻⁶/°C)	6.4	5.8	5.7	5.7	7.7	11	3.2	2.5	2.5	3.0
Šiluminis	Šilumos laidumas (W/m·K)	30	28	21	21	120	80	17	1.2	1.2
Savitoji šiluma (J/g·K)	0.78	0.78	0.78	0.78	1.4	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2
Dielektrinė konstanta (1 MHz)	10.1	10.1	9.4	9.5	11	7	7	8.5	8.5	6.5
Dielektrinis nuostolis (×10⁻⁴)	50	50	40	50	50	50	50	50	50	50
Tūrio varža (Ω·cm)	10¹⁵	10¹⁵	10¹⁴	10¹⁴	10¹²	10¹²	10¹²	10¹³	10¹³	10¹³
Gedimo įtampa (kV/mm)	10	10	10	10	11	11	11	10	10	10
Savybės	Aukštos Stiprumas	Aukštos Stiprumas	Aukštos Stiprumas	Aukštos Stiprumas	Didelis kietumas	Didelis kietumas	Didelis kietumas	Didelis kietumas	Žemas šilumos laidumas	Žemas šilumos laidumas
	Izoliacinis	Izoliacinis	Izoliacinis	Izoliacinis	Laidus	Laidus	Izoliacinis	Izoliacinis	Lengvosios	Lengvosios
Naudoja	Abrazyvinė medžiaga	Abrazyvinė medžiaga	Abrazyvinė medžiaga	Abrazyvinė medžiaga	Abrazyvinė medžiaga	Abrazyvinė medžiaga	Sandarinimo medžiaga	Sandarinimo medžiaga	Šilumos izoliacija	Šilumos izoliacija
	Dėvėjimui atsparios dalys	Dėvėjimui atsparios dalys	Dėvėjimui atsparios dalys	Dėvėjimui atsparios dalys	Aukštai temperatūrai atsparios dalys	Aukštai temperatūrai atsparios dalys	Aviacijos ir kosmoso dalys	Aviacijos ir kosmoso dalys	Puslaidininkinės įrangos dalys	Puslaidininkinės įrangos dalys
	Aukštos temperatūros dalys	Aukštos temperatūros dalys	Aukštos temperatūros dalys	Aukštos temperatūros dalys	Įrankių dalys	Įrankių dalys	Elektrodų dalys	Elektrodų dalys	Dantų implantai	Dantų implantai
	Puslaidininkių dalys	Puslaidininkių dalys	Puslaidininkių dalys	Puslaidininkių dalys	-

Punktas	Vienetas	Si3N4	ZrO₂	Al99.5OXNUMX (XNUMX %)	SiC	Guolių plienas
Tankis	g / cm³	3.23	6.05	3.92	3.12	7.85
Vandens sugėrimas	%	0	0	0	0	0
Linijinio šiluminio plėtimosi koeficientas	10⁻⁶/k	3.2	10.5	8.5	3	12.5
Elastingumo modulis (Young's Mod.)	GPa	300	210	340	440	208
Poissono santykis	/	0.26	0.3	0.22	0.17	0.3
Kietumas (Hv)	Mpa	1500	1200	1650	2800	700
Lankstumo stiprumas (@ RT)	Mpa	720	950	310	390	520 (tempiamasis stipris)
Lenkiamasis stiprumas (700°C)	Mpa	450	210	230	380	/
Suspaudimo stiprumas (@ RT)	Mpa	2300	2000	1800	1800	/
Atsparumas lūžiams, K₁c	MPa·m¹/²	6.2	10	4.2	3.9	25
Šilumos laidumas (@ RT)	W/m·k	25	2	26	120	40
Elektrinė varža (@ RT)	Ω·mm²/m	>10¹³	>10¹⁵	>10¹⁶	>10³	0.1 ~ 1
Maks. Naudojimo temperatūra (be pakrovimo)	° F	1050	750	1500	1700	1700
Atsparumas korozijai	/	Puikus	Puikus	Puikus	Puikus	prastas

Silicio nitrido atsparumas šiluminiam smūgiui siekia iki 600°C, o silicio karbidas tik 400°C, o tai rodo, kad lūžimo rizika dėl temperatūros pokyčių yra minimali. Aplinkoje, kurioje yra dideli temperatūros pokyčiai, kai didžiausias prioritetas yra atsparumas šiluminiam smūgiui, silicio nitridas ir silicio karbidas yra geriausias pasirinkimas. Be to, silicio nitridas pasižymi puikiu atsparumu korozijai ir gali atsispirti korozijai nuo įvairių rūgščių, išskyrus vandenilio fluorido rūgštį, taip pat korozijai nuo šarmų ir įvairių metalų. Jis turi puikią elektros izoliaciją ir atsparumą radiacijai.

Dėl šių silicio nitrido keramikos savybių ji naudinga kaip aukštos temperatūros guoliai, sandarikliai, naudojami korozinėse terpėse, šilumnešiai, metalo pjovimo įrankiai ir kt. Pavyzdžiui, rutulinių guolių pramonė šią medžiagą naudoja dešimtmečius, nes jos veiksmingumas buvo įrodytas. jis dažnai naudojamas keraminių guolių riedėjimo elementuose, tokiuose kaip rutuliai ir ritinėliai. Dėl ypač didelio mechaninio tvirtumo ir puikaus karščio, atsparumo korozijai ir atsparumo dilimui jis naudojamas įvairiose didelės apkrovos srityse.

Keraminių guolių gamybos procesas

1. Miltelių apdorojimas. Keramikos miltelių apdirbimas labai panašus į metalo miltelių apdirbimą. Keraminių miltelių apdorojimas apima miltelių gamybą šlifuojant, tada gaminant žalius produktus ir tada juos konsoliduojant, kad būtų gautas galutinis produktas. Milteliai yra smulkių dalelių rinkinys. Keramikos milteliai gali būti gaunami smulkinant, malant, atskiriant priemaišas, maišant ir džiovinant žaliavas.

2. Maišymo. Keramikiniai komponentai įvairiomis procedūromis ir mašinomis sumaišomi, o įpylus vandens ar kitų skysčių paverčiami srutomis.

3. Liejimo būdas. Yra du pagrindiniai įprasti keraminių guolių formavimo būdai, būtent liejimas įpurškimu ir miltelinis liejimas. Įpurškimo formavimas yra skirtas sumaišyti keramikos miltelius, organinį rišiklį, reologinį agentą, submikroninius miltelius ir kt., Ir įpurškti juos į liejimo formą. Miltelinis liejimas – tai keraminių miltelių suspaudimas į suformuotą korpusą ir sukepinimas. Šie du būdai turi savų privalumų ir trūkumų, todėl juos reikėtų parinkti pagal konkrečius inžinerinius reikalavimus.

4. Sukepinimo procesas. Keraminių guolių gamybos procese reikalingas sukepinimo apdorojimas, kad suformuotas korpusas sutvirtėtų į gatavą gaminį, o kartu galima pagerinti jo kietumą ir stiprumą. Keraminių guolių sukepinimo procesas daugiausia apima oksidinį sukepinimą ir neoksidinį sukepinimą. Pagal proceso eigą sukepinimas pirmiausia atliekamas oksiduojančioje atmosferoje, o po to – neoksiduojančioje atmosferoje. Viso sukepinimo proceso metu reikia kontroliuoti aplinkos parametrus, tokius kaip temperatūra, slėgis ir atmosfera, kad būtų pasiektas norimas efektas.

5. Tikslus apdirbimas. Sukepintus keraminius guolius reikia tiksliai apdirbti, įskaitant šlifavimą, poliravimą ir kitus veiksmus, kad būtų užtikrintas jų geometrinis tikslumas ir paviršiaus kokybė. Tuo pačiu metu taip pat reikalinga kokybės patikra, įskaitant rodiklių, tokių kaip kietumas, tankis, matmenų nuokrypis ir triukšmas, aptikimą ir analizę, siekiant užtikrinti, kad gaminiai atitiktų tarptautinius standartus ir klientų reikalavimus.

Veiksniai, turintys įtakos keraminių guolių kokybei

Keraminių guolių apdorojimo kokybei ir efektyvumui įtakos turi daug veiksnių, įskaitant medžiagos kokybę, liejimo būdą, sukepinimo procesą, tikslaus apdirbimo technologiją ir įrangą. Be to, apdorojimo metu jį veikia ir aplinkos parametrai, tokie kaip temperatūra, slėgis, greitis ir atmosfera. Atsižvelgdami į šiuos veiksnius, apdorojimo technikai turi pasirinkti tinkamus proceso srautus, įrangą ir įrankius, kad užtikrintų apdorojimo kokybę. Dabartinėje keraminių medžiagų taikymo srityje keraminiai guoliai tapo nepakeičiama pagrindine technologija.