Sekite mane:
Cirkonio guoliai vs silicio nitrido guoliai, kuris iš jų?
Nuolat tobulėjant ir tobulėjant mokslui ir technologijoms šiame etape daugeliui įrangos, pavyzdžiui, greitaeigių staklių ir tiksliųjų bandymų prietaisų, keliami vis aukštesni reikalavimai darbo aplinkai ir darbui. Žmonės taip pat reikalauja, kad ši mechaninė įranga būtų įvairi, pavyzdžiui, didelio greičio, didelio tikslumo ir didelio patikimumo. Siekiant patenkinti daugelio sričių, pvz., didelio tikslumo mašinų, naftos chemijos pramonės, kosmoso, karinės ir nacionalinės gynybos, plėtros poreikius, mechaninės dalys turi turėti gerą atsparumą karščiui, atsparumą korozijai, mažas magnetines savybes ir kt. kad atlaikytų didesnį spaudimą. . Kaip vienas iš pagrindinių komponentų, riedėjimo guoliams keliami aukštesni našumo reikalavimai.
Tačiau tradiciniai metaliniai guoliai nebegali atitikti dabartinių reikalavimų ilgalaikiam stabiliam darbui itin atšiauriomis darbo sąlygomis. Palyginti su tradiciniais guoliais, keraminiai guoliai pasižymi puikiomis visapusiškomis savybėmis, tokiomis kaip ilgas tarnavimo laikas, didelis bendras tikslumas ir standumas, didelis sukimosi greitis, geras terminis stabilumas, izoliacija ir nemagnetinės savybės. Jie tinka naudoti aukštoje temperatūroje, dideliu greičiu, dideliu tikslumu, stipria korozija ir stipriais magnetiniais laukais. Jis turi labai plačias pritaikymo galimybes tokiomis darbo sąlygomis kaip tepimas ir be jo. Yra keletas parduodamų keraminių guolių tipų, kurie visi turi daug pranašumų, palyginti su tradiciniais guolių elementais. Tipinė keramika, dažniausiai naudojama kaip guolių medžiaga, yra silicio nitridas (Si3N4) ir cirkonio oksidas (ZrO2). Šiame tinklaraštyje bus išsamiai paaiškinti silicio nitrido (Si3N4) ir cirkonio oksido (ZrO2) keraminių guolių privalumai ir trūkumai bei pateikti konstruktyvūs pasiūlymai, kaip išsirinkti tinkamą guolį.
Silicio nitridas yra labai kieta, bet ir labai lengva medžiaga. Jis puikiai atsparus vandeniui, sūriam vandeniui ir įvairioms rūgštims bei šarmams. Jis taip pat turi labai platų darbinės temperatūros diapazoną ir yra tinkamas naudoti didelio vakuumo įrenginiuose. Itin didelis silicio nitrido guolių kietumas taip pat reiškia didesnį trapumą, todėl smūgio ar smūgio apkrova turėtų būti sumažinta, kad būtų išvengta įtrūkimų rizikos. Silicio nitrido keraminiai guoliai yra juodi. Paprastai vidiniai ir išoriniai žiedai ir rutuliai yra pagaminti iš silicio nitrido, o narvas - iš PTFE arba nailono. Šiame derinyje atsparumas temperatūrai neviršija 240 laipsnių (nes pats PTFE taip pat yra nailono rūšis, todėl gaminys Jei jame yra šios medžiagos, atsparumas temperatūrai neviršys 240 laipsnių.
Silicio nitrido guoliai buvo naudojami kaip pagrindinis guolių tipas įvairioms aviacijos ir kosmoso reikmėms. Verta paminėti, kad NASA erdvėlaiviai iš pradžių buvo sukurti naudojant plieninius turbinų siurblių guolius, o tai pasirodė netinkama, kai erdvėlaiviai, o ypač jų varikliai, patyrė didžiules apkrovas ir temperatūrą. Dėl šių ekstremalių apkrovų NASA inžinieriai patobulino guolius į silicio nitrido guolius, nes jie yra pranašesni vakuuminėje aplinkoje. Įspūdingai, remiantis NASA analize, Si3N4 guoliai, palyginti su plieniniais guoliais, pagerina veikimo laiką 40%.
Silicio nitrido guolių privalumai
Ištirkite silicio nitrido (Si3N4) keraminių guolių pranašumus, pritaikymą ir pagrindinius aspektus. Dėl unikalaus stiprumo, lengvumo savybių ir atsparumo aplinkai derinio silicio nitrido guoliai greitai patenka į įvairias pramonės šakas.
Lengvos savybės: Si3N4 keraminiai guoliai yra apie 40% lengvesni nei plieniniai. Žymus svorio sumažėjimas reiškia mažesnę inerciją ir mažiau energijos, reikalingos mechaniniam pagreitinimui ir lėtėjimui, o tai padidina efektyvumą dirbant dideliu greičiu.
Išskirtinis kietumas ir atsparumas dilimui: Silicio nitridas yra žinomas dėl savo ypač didelio kietumo, viršijančio daugumą metalų. Šis kietumas padeda pagerinti atsparumą dilimui, taip prailgindamas guolio tarnavimo laiką net ir sunkiomis eksploatavimo sąlygomis.
Mažas trinties koeficientas: Si3N4 keraminių guolių lygaus paviršiaus apdaila ir medžiagos sudėtis lemia labai mažą trinties koeficientą. Ši maža trintis sumažina šilumos gamybą ir energijos nuostolius, taip padidindama bendrą įrangos efektyvumą.
Aukštos temperatūros galimybė: Si3N4 keraminiai guoliai išlaiko savo mechanines savybes aukštoje temperatūroje, kur tradicinės medžiagos gali suirti. Dėl to jie tinkami naudoti su aukšta darbo temperatūra, todėl praplečiamas jų naudojimas aplinkoje, kuri netinkama metaliniams guoliams.
Korozija ir atsparumas chemikalams: Silicio nitridas iš prigimties yra atsparus daugeliui korozinių medžiagų, įskaitant vandenį, sūrų vandenį ir daugelį rūgščių bei šarmų. Šis atsparumas užtikrina jų patikimumą korozinėje aplinkoje, pvz., cheminio apdorojimo ar jūroje.
Elektros izoliacijos savybės: Silicio nitrido keraminiai guoliai yra elektrą izoliuojantys. Ši savybė yra labai svarbi elektros ir elektroninės įrangos srityse, nes izoliacija yra būtina norint išvengti galvaninės korozijos ir su ja susijusios žalos.
Suderinamumas su didelio vakuumo aplinka: Silicio nitrido guoliai gali efektyviai veikti didelio vakuumo aplinkoje be pavojaus, kad gali išsipūsti dujos – tai dažna problema, kai tam tikros medžiagos yra vakuume.
Sumažintas šiluminis plėtimasis: Silicio nitridas turi mažesnį šiluminio plėtimosi greitį, užtikrina matmenų stabilumą įvairiose temperatūrų diapazone ir sumažina tarpus, kurie gali turėti įtakos tikslumui.
Nemagnetinis: Dėl nemagnetinių silicio nitrido savybių jis tinkamas naudoti, kai reikia vengti magnetinių trukdžių, pavyzdžiui, tam tikriems medicinos ar elektroniniams prietaisams.
Galimybė dirbti be tepimo: Dėl savo charakteristikų silicio nitrido keraminiai guoliai tam tikrose srityse gali veikti netepdami, todėl sumažėja priežiūros reikalavimai ir
Silicio nitrido guolių trūkumai
Brangus: Dėl sudėtingo paruošimo proceso kaina yra gana didelė.
Jautrus smūgiams: Silicio nitrido guoliai yra jautrūs smūgiams nei cirkonio guoliai.
Silicio nitrido guolis
Si3N4 keraminiai guoliai yra įvairių narvelių variantų, kurių kiekvienas yra pritaikytas pagal specifinius reikalavimus:
PEEK narvas: žinomi dėl didelio stiprumo ir atsparumo cheminėms medžiagoms, PEEK narvai idealiai tinka įvairioms atšiaurioms aplinkoms.
PTFE narvai: Šie narvai pasižymi puikiu cheminiu inertiškumu ir maža trintimi, todėl puikiai tinka naudoti, kai reikalingas minimalus atsparumas.
316 nerūdijančio plieno narvas: geriausiai tinka naudoti, kai reikia tvirtumo ir vidutinio atsparumo karščiui bei korozijai.
Didesnė keliamoji galia: Visiškai papildyti silicio nitrido keraminiai guoliai turi papildomų rutulių ir be narvelio, kurių apkrova yra maždaug 20 % didesnė nei narvelio guolių.
Greitis: Tačiau dėl padidėjusio riedėjimo elementų skaičiaus ir dėl to atsirandančios trinties didžiausias šių guolių veikimo greitis yra 70 % mažesnis nei panašių guolių su narveliais.
| ypatybė | Cirkonio keramikos guoliai | Silicio nitrido keraminiai guoliai | Silicio karbido keraminiai guoliai |
Medžiagos kietumas | aukštas | labai didelis | itin aukštai |
Svoris | lengvesnis už plieną | Apie. 40% lengvesnis nei plienas | lengvesnis už plieną |
Trinties koeficientas | žemas ir vidutinis | labai mažas | žemas |
Aukščiausias atsparumas temperatūrai | iki 400 ° C | iki 1200 ° C | iki 1600 ° C |
Atsparumas korozijai | labai geras | Puikus | Puikus veikimas rūgštinėje ir druskingoje aplinkoje |
elektros izoliacija | aukštas | aukštas | Pakeitus |
šiluminis plėtimasis | palengvinti | žemas | žemas |
Atsparumas smūgiams / Atsparumas smūgiams | geras | geras | aukštas |
Norint maksimaliai padidinti silicio nitrido guolio tarnavimo laiką ir našumą, rekomenduojama naudoti žemesnę nei maksimali apkrova ir vardinis greitis. Šis metodas yra ypač svarbus, nes jie yra trapūs nei mažiau kietos medžiagos.
Silicio nitrido guolių taikymas
Si3N4 keraminiai guoliai yra plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose dėl savo unikalių savybių. Pagrindinės programos apima:
Jūrų programos: Dėl jų atsparumo visiškam ir nuolatiniam panardinimui jie idealiai tinka naudoti jūroje.
Aukšto vakuumo aplinka: Silicio nitrido medžiagos savybės yra naudingos naudojant aukštą vakuumą.
Tikslios aplikacijos: Dėl mažos trinties ir didelės laikomosios galios jis tinka tikslioms mašinoms.
Elektrinės transporto priemonės: Elektrinių transporto priemonių pramonėje jų lengvas pobūdis ir elektros izoliacijos savybės padidina variklio efektyvumą ir patikimumą.
Cirkonio keramikos guoliai yra balti. Paprastai vidiniai ir išoriniai žiedai ir rutuliai yra pagaminti iš cirkonio oksido, o narvas iš PTFE (ty teflono). Šis derinys gali atlaikyti iki 240 laipsnių Celsijaus temperatūrą, bet jei reikalaujama, kad atsparumas temperatūrai viršytų 240 laipsnių Celsijaus iki 400 laipsnių Celsijaus, kamuolys turi būti užpildytas cirkonio oksidu (tai yra, narvas nenaudojamas, o visas kamuolys pagamintas iš cirkonio), todėl gali atlaikyti apie 400 laipsnių temperatūrą.
Cirkonio guoliai daugiausia yra keraminiai guoliai, pagaminti iš cirkonio oksido (ZrO2), kaip pagrindinės žaliavos. Jis pasižymi dideliu tvirtumu, dideliu lenkimo stiprumu ir dideliu atsparumu dilimui, todėl jis puikiai tinka daugelyje sričių. Be to, cirkonio keramikos šiluminio plėtimosi koeficientas yra artimas metalų, todėl puikiai derinamas su metalais. Dar viena svarbi cirkonio guolių savybė – termoizoliacinės savybės, leidžiančios dirbti aukštos temperatūros aplinkoje ir atlaikyti greitus temperatūros pokyčius. Keraminiai guoliai, pagaminti iš ZrO2 arba cirkonio dioksido, yra kieta keraminė medžiaga, kurios plėtimosi savybės labai panašios į plieną, tačiau yra 30 % lengvesni. Tai yra pranašumas svarstant, ar velenas ir korpusas tinka aukštoje temperatūroje, kai dėl guolio išsiplėtimo velenas gali nebetilpti. Nors jie dažnai vadinami ZrO2 guoliais, iš tikrųjų jie pagaminti iš itriu stabilizuoto ZrO2, kuris suteikia medžiagai didesnį stiprumą ir atsparumą lūžimui kambario temperatūroje. Jie taip pat yra ypač atsparūs vandeniui, o tai reiškia, kad jie dažnai naudojami jūroje, ypač ten, kur įranga yra visiškai panardinta arba kur tradiciniai plieniniai guoliai negali susidoroti su apkrova ar greičiu.
Cirkonio dioksido keraminiai rutuliniai guoliai VS silicio nitrido keraminiai rutuliniai guoliai
Cirkonio dioksido keraminiai guoliai (ZrO2) ir silicio nitrido keraminiai guoliai (Si3N4) yra abu keraminių guolių tipai. Paprastai jie plačiai naudojami didelio tikslumo mašinų pramonėje arba abrazyvinių medžiagų srityje. Pagrindiniai cirkonio dioksido keraminių rutulinių guolių ir silicio nitrido keraminių rutulinių guolių skirtumai yra šie:
Spalva
daugiau nei 80 % cirkonio dioksido keramikos rutuliukų daugiausia yra balti, o balti cirkonio keraminiai rutuliukai yra tikroji jų spalva. Tačiau kartais matote, kad keraminiai rutuliukai atrodo šviesiai geltoni arba pilki, nes cirkonio oksido medžiagoje yra nedidelis kiekis priemaišų. Cirkonio dioksido keraminių rutuliukų privalumai yra didelis tvirtumas, didelis atsparumas lenkimui ir atsparumas dilimui, puikios šilumos izoliacijos savybės ir šilumos plėtimosi koeficientas, artimas plieninių rutulių. Silicio nitrido keraminiai rutuliukai daugiausia yra suodžiai. Jie itin atsparūs aukštai temperatūrai, o jų stiprumas nesumažėjus išlaikomas iki 1,200 laipsnių. Jie yra vienos iš kiečiausių medžiagų pasaulyje.
Fizinės veiklos palyginimas
Kalbant apie fizines savybes, cirkonio oksido keraminiai rutuliukai pasižymi puikiu atsparumu dilimui ir korozijai, o silicio nitrido keraminiai rutuliai taip pat pasižymi puikiomis savybėmis. Tuo pačiu metu silicio nitrido keraminiai rutuliukai taip pat gerai apdorojami. Todėl didelio tikslumo mašinų pramonės taikymo srityse, tokiose kaip itin tikslūs guoliai, be plačiai paplitusių plieninių rutulių naudojimo, keraminiai rutuliai taip pat pradėjo populiarėti tiksliuosiuose guoliuose. Kadangi keraminiai rutuliai pasižymi antikorozinėmis ir antikorozinėmis savybėmis, palyginti su plieniniais rutuliais su guoliais, o apdorojimo tikslumas yra net didesnis nei plieninių rutulių.
Tuo pačiu metu jis gali atlikti atsparumo aukštai temperatūrai vaidmenį aukštos temperatūros aplinkoje. Todėl keraminiai rutuliai atsiranda guoliuose ir kitose itin tikslių mašinų srityse, pvz., kreipiančiosiose bėgiuose, linijiniuose stumdomuose prieduose ir kt., ir turi tendenciją pakeisti plieninius rutulius.
Medžiagos savybės | Cirkonio guolis | Silicio nitrido guolis |
Tankis (kg·m-3) | 5900 | 3250 |
Tamprumo modulis (GPa) | 205 | 310 |
Gniuždymo jėga (MPa) | 2000 | > 3500 |
Plyšimo modulis (MPa) | 600-900 | 700-1000 |
Vickerso kietumas (GPa) | 10-13 | 14-18 |
Tvirtumas (MPa·m1/2) | 8-12 | 5-8 |
Šiluminio plėtimosi koeficientas (K-3·10-6) | 12 | 3.4 |
Savitoji šiluma (J·kg-1·K-1) | 400 | 800 |
Viršutinė naudojimo temperatūros riba (℃) | 750 | 1050 |
Atsparumą smūgiams | vidutinis | aukštas |
Riedėjimo kontakto nuovargio gedimo režimas | Nulupti | Nulupti |
Nuo stalo, galime žinoti, kad silicio nitrido tankis yra 55.09% cirkonio keramikos tankio. Iš silicio nitrido pagaminti keraminiai guoliai yra lengvi, todėl juos galima naudoti medicinos prietaisuose, buitinės technikos, aviacijos ir kosmoso įrangos varikliuose ir lenktyninių automobilių alkūniniuose velenuose. Tuo pačiu metu dėl mažo tankio, kai silicio nitridas naudojamas kaip riedėjimo elementas, sumažėja išcentrinė jėga, kurią sukuria besisukantis korpusas, kai sukasi guolis, o tai skatina sukimąsi dideliu greičiu. Tai leidžia jį naudoti dujų turbininiuose varikliuose, staklių verpstėse ir išcentriniame atskyrime. įranga ir kitose srityse.
Silicio nitrido tamprumo modulis ir gniuždymo stipris taip pat yra didesni nei cirkonio oksido, o tai yra naudinga guolio gebėjimui atlaikyti apkrovas; silicio nitrido šiluminio plėtimosi koeficientas yra mažesnis nei cirkonio oksido, o tai naudinga mažinant guolio reakciją į temperatūrą. Dėl besikeičiančio jautrumo guolio veikimo greičio diapazonas yra platesnis; Silicio nitrido atsparumas aukštai temperatūrai, atsparumas korozijai ir puikus cheminis stabilumas leidžia silicio nitrido keramiką naudoti aukštesnėje temperatūroje ir vietose, kur negalima naudoti cirkonio oksido, pavyzdžiui, natrio hidroksido sulfato. Stiprios rūgšties ir bazės scenos.
Nors silicio nitrido keramika pasižymi stipriu pritaikomumu ir puikiomis eksploatacinėmis savybėmis, silicio nitrido keraminių guolių kaina yra gana didelė. Palyginti su kitomis keraminėmis medžiagomis (silicio nitridu ir kt.), cirkonio oksido medžiagų paruošimo procesas yra gana paprastas, žalio korpuso kaina yra maža ir jį lengva parduoti. Todėl cirkonio dioksido keraminiai guoliai gali būti naudojami tais atvejais, kai keliami santykinai žemi eksploatacinių savybių ir mažų sąnaudų reikalavimai. Apatinė scena. Tuo pačiu metu cirkonio oksido kietumas yra didesnis nei silicio nitrido, o tai naudinga stabiliai naudojant guolius.
Ar verta papildomos išlaidos?
Visiškai keraminiai guoliai paprastai yra apvalesni, lygesni ir kietesni nei plieniniai, pasižymi puikiu atsparumu korozijai ir karščiui, didesniu matmenų stabilumu ir mažesniu tankiu. Tačiau tai kainuoja. Keraminiai guoliai yra daug brangesni nei plieniniai. Taigi, kada verta investuoti į keraminius guolius?
Didelės vertės programos, tokios kaip laboratorinė įranga, turi tikslius reikalavimus, kurių reikia laikytis kiekvieną kartą naudojant programą. Netinkamų komponentų naudojimas tokioje įrangoje gali užteršti tyrimo sąlygas arba visiškai sustabdyti tyrimą. Tai taip pat, kaip ir medicininėje įrangoje, kur keraminių guolių neužterštos ir nemagnetinės savybės yra labai svarbios.
Paimkite magnetinio rezonanso tomografiją (MRT), vaizdavimo metodą, pirmiausia susijusį su ligoninių MRT skaitytuvais. Ši technologija naudoja stiprius magnetinius laukus, kad sukurtų dviejų ar trijų dimensijų bet kurio gyvo objekto vaizdus. Dėl magnetizmo šiuose skaitytuvuose negalima naudoti standartinių plieninių guolių, todėl keraminiai guoliai yra geriausias pasirinkimas tokioms didelės vertės reikmėms.
Panašiai, integrinių grandynų gamintojams stengiantis, kad jų lustai būtų greitesni, mažesni ir pigesni, puslaidininkių gamybos įrangos įmonės, norėdamos pasiekti reikiamą našumą, tapo priklausomos nuo pažangių keraminių komponentų. Guoliai, pagaminti iš silicio nitrido vietoj standartinio aliuminio oksido (aliuminio oksido), užtikrina elektros izoliaciją ir gerą atsparumą korozijai.
Šiuolaikinėse pramonės srityse guoliai yra plačiai naudojami, o cirkonio oksido guoliai ir silicio nitrido guoliai, kaip du aukštos kokybės keraminiai guoliai, dėl savo unikalių fizinių ir cheminių savybių tapo pirmuoju pasirinkimu daugelyje didelės paklausos situacijų. Taigi, kuo jie skiriasi ir kaip turėtume pasirinkti?
Silicio nitrido varža ir dielektrinė konstanta panaši į aliuminio oksidą, tačiau dėl savo mikrostruktūros medžiaga yra daug tvirtesnė. Visiškai keraminiai guoliai gali prisitaikyti prie daugelio sudėtingų sąlygų puslaidininkių gamybos etape; nuo orkaitės temperatūros, artėjančios prie 1400 laipsnių Celsijaus, iki 1 klasės švarių patalpų oro kokybės. Staiga papildomos išlaidos yra aiškiai pateisinamos.
Apskritai, cirkonio guoliai ir silicio nitrido guoliai turi savo privalumų ir trūkumų. Renkantis reikia atsižvelgti į faktinius poreikius ir taikymo sąlygas, kad pasirinktumėte tinkamiausią medžiagą. Pavyzdžiui, cirkonio oksido guoliai yra geras pasirinkimas tais atvejais, kai reikalingas didelis atsparumas dilimui ir šilumos izoliacija; o silicio nitrido guoliai tinka naudoti, kai reikalingas didelis stiprumas ir atsparumas korozijai.
Visiškai keraminiai vs hibridiniai keraminiai guoliai?
Kai dauguma žmonių galvoja keraminiai guoliai, jie dažniausiai kalba apie hibridines versijas. Hibridiniai guoliai yra kažkur viduryje tarp keramikos ir plieno ir paprastai apima nerūdijančio plieno varžtus arba žiedus ir keraminius rutulius. Hibridinių guolių plieniniai vidiniai ir išoriniai žiedai gali būti apdirbami iki labai griežtų leistinų nuokrypių, o tai reiškia, kad jie geriausiai tinka tokiems tikslams kaip elektros varikliai, laboratorinė įranga ir staklės.
Pavyzdžiui, ant malūnėlio trintį galima sumažinti pridedant keraminių hibridinių guolių ir sintetinio tepalo, taip padidinant apsisukimus per minutę (RPM) 25%. Šlifavimo velenas su hibridine keramika gali veikti be problemų 4,000 valandų, o šlifavimo velenas su plieniniais guoliais – 3,000 valandų. Hibridiniai guoliai taip pat sumažina temperatūrą beveik 50%. Įrodyta, kad horizontaliuosiuose apdirbimo centruose perėjus nuo įprastų prie hibridinių guolių, guolių temperatūra sumažėja nuo 60 laipsnių Celsijaus iki 36 laipsnių Celsijaus esant 12,000 XNUMX aps./min.
Naudojant hibridinius guolių derinius galima pasiekti didesnį greitį nei visiškai keraminiai guoliai nes mažiau trapūs metaliniai žiedai yra mažiau linkę staigiai katastrofiškai sugesti važiuojant dideliu greičiu arba esant apkrovai. Be to, hibridinių guolių atsparumas korozijai silpnėja, palyginti su visiškai keraminiais guoliais. Tinkamų guolių nustatymas ekstremalioms aplinkoms visada buvo sudėtingas klausimas. Tačiau kaip cirkonis išaiškino gyvybės kilmę, šių trijų klausimų uždavimas padės sprendimų priėmimo procesui.