Ikut saya: 
Galas Zirkonia vs Galas Silikon Nitrida, Yang Mana Satu?
Dengan kemajuan dan pembangunan berterusan sains dan teknologi pada peringkat ini, banyak peralatan seperti alatan mesin berkelajuan tinggi dan instrumen ujian ketepatan mempunyai keperluan yang semakin tinggi untuk persekitaran kerja dan kerja. Orang ramai juga memerlukan peralatan mekanikal ini mesti mempunyai pelbagai prestasi seperti kelajuan tinggi, ketepatan tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi. Untuk memenuhi keperluan pembangunan banyak bidang seperti jentera berketepatan tinggi, industri petrokimia, aeroangkasa, ketenteraan dan pertahanan negara, bahagian mekanikal mesti mempunyai rintangan haba yang baik, rintangan kakisan, sifat magnet yang rendah, dan lain-lain, dan mesti juga boleh untuk menahan tekanan yang lebih besar. . Sebagai salah satu komponen utama, galas bergolek mempunyai keperluan prestasi yang lebih tinggi.
Walau bagaimanapun, galas logam tradisional tidak lagi dapat memenuhi keperluan semasa untuk operasi stabil jangka panjang di bawah keadaan kerja yang sangat keras. Berbanding dengan galas tradisional, galas seramik mempunyai sifat komprehensif yang sangat baik seperti hayat perkhidmatan yang panjang, ketepatan dan kekakuan keseluruhan yang tinggi, kelajuan putaran tinggi, kestabilan haba yang baik, penebat dan sifat bukan magnet. Ia sesuai untuk digunakan dalam suhu tinggi, kelajuan tinggi, ketepatan tinggi, kakisan kuat dan medan magnet yang kuat. Ia mempunyai prospek aplikasi yang sangat luas di bawah keadaan kerja seperti dan tanpa pelinciran. Terdapat beberapa jenis galas seramik yang tersedia secara komersial, semuanya menawarkan banyak kelebihan berbanding elemen galas tradisional. Seramik biasa yang biasa digunakan sebagai bahan galas ialah silikon nitrida (Si3N4) dan zirkonium oksida (ZrO2). Blog ini akan menerangkan secara terperinci kebaikan dan keburukan silikon nitrida (Si3N4) dan zirkonium oksida (ZrO2) galas seramik, dan memberikan cadangan yang membina untuk anda memilih galas yang sesuai.
Silikon nitrida adalah bahan yang sangat keras tetapi juga sangat ringan. Ia mempunyai ketahanan yang sangat baik terhadap air, air masin dan pelbagai asid dan alkali. Ia juga mempunyai julat suhu operasi yang sangat luas dan sesuai untuk digunakan dalam aplikasi vakum tinggi. Kekerasan galas silikon nitrida yang sangat tinggi juga bermakna kerapuhan yang lebih besar, jadi beban impak atau impak harus diminimumkan untuk mengelakkan risiko keretakan. Galas seramik silikon nitrida berwarna hitam. Secara amnya, cincin dan bola dalam dan luar diperbuat daripada silikon nitrida, dan sangkar diperbuat daripada PTFE atau nilon. Dalam kombinasi ini, rintangan suhu tidak melebihi 240 darjah (kerana PTFE sendiri juga merupakan jenis nilon, jadi produk Jika terdapat bahan ini di dalamnya, rintangan suhu tidak akan melebihi 240 darjah.
Galas silikon nitrida telah digunakan sebagai jenis galas utama untuk pelbagai aplikasi aeroangkasa. Perlu diingat bahawa pesawat ulang-alik NASA pada asalnya dibina menggunakan galas keluli dalam pam turbin, yang terbukti bukan perkara yang betul apabila pesawat ulang-alik, dan terutamanya enjinnya, mengalami beban dan suhu yang luar biasa. Kerana beban yang melampau ini, jurutera NASA menaik taraf galas kepada galas silikon nitrida kerana keunggulannya dalam persekitaran vakum. Hebatnya, menurut analisis NASA, galas Si3N4 menawarkan peningkatan 40% dalam masa operasi berbanding dengan galas keluli.
Kelebihan galas silikon nitrida
Terokai faedah, aplikasi dan pertimbangan utama untuk galas seramik silikon nitrida (Si3N4). Galas silikon nitrida semakin pantas memasuki pelbagai industri kerana gabungan unik kekuatan, sifat ringan dan rintangan alam sekitar.
Ciri-ciri ringan: Galas seramik Si3N4 adalah kira-kira 40% lebih ringan daripada galas keluli. Pengurangan berat yang ketara bermakna inersia yang lebih rendah dan kurang tenaga yang diperlukan untuk pecutan dan nyahpecutan mekanikal, meningkatkan kecekapan dalam aplikasi berkelajuan tinggi.
Kekerasan yang luar biasa dan rintangan haus: Silikon nitrida terkenal dengan kekerasannya yang sangat tinggi, melebihi kekerasan kebanyakan logam. Kekerasan ini membantu meningkatkan rintangan haus, dengan itu memanjangkan hayat galas walaupun dalam keadaan operasi yang teruk.
Pekali geseran rendah: Kemasan permukaan licin galas seramik Si3N4 digabungkan dengan komposisi bahannya menghasilkan pekali geseran yang sangat rendah. Geseran rendah ini meminimumkan penjanaan haba dan kehilangan tenaga, dengan itu meningkatkan kecekapan keseluruhan peralatan.
Keupayaan Suhu Tinggi: Galas seramik Si3N4 mengekalkan sifat mekanikalnya pada suhu tinggi di mana bahan tradisional boleh merosot. Ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang melibatkan suhu operasi yang tinggi, memanjangkan kebolehgunaannya dalam persekitaran yang tidak sesuai untuk galas logam.
Rintangan kakisan dan kimia: Silikon nitrida sememangnya tahan terhadap pelbagai jenis bahan menghakis, termasuk air, air masin, dan banyak asid dan alkali. Rintangan ini memastikan kebolehpercayaannya dalam persekitaran yang menghakis seperti pemprosesan kimia atau aplikasi marin.
Sifat penebat elektrik: Galas seramik silikon nitrida adalah penebat elektrik. Sifat ini penting dalam aplikasi elektrik dan elektronik, kerana penebat adalah penting untuk mengelakkan kakisan galvanik dan kerosakan yang berkaitan.
Keserasian dengan persekitaran vakum tinggi: Galas silikon nitrida boleh beroperasi dengan berkesan dalam persekitaran vakum tinggi tanpa risiko keluar gas, masalah biasa dengan bahan tertentu di bawah vakum.
Pengembangan haba yang dikurangkan: Silikon nitrida mempunyai kadar pengembangan terma yang lebih rendah, memberikan kestabilan dimensi pada julat suhu dan mengurangkan jurang yang boleh menjejaskan ketepatan.
Bukan magnet: Sifat bukan magnetik silikon nitrida menjadikannya sesuai untuk aplikasi di mana gangguan magnet mesti dielakkan, seperti peranti perubatan atau elektronik tertentu.
Potensi untuk operasi tanpa pelinciran: Disebabkan ciri-ciri yang wujud, galas seramik silikon nitrida boleh beroperasi tanpa pelinciran dalam aplikasi tertentu, mengurangkan keperluan penyelenggaraan dan menghapuskan
Kelemahan galas silikon nitrida
Mahal: Oleh kerana proses penyediaannya yang rumit, harganya agak tinggi.
Sensitif terhadap impak: Galas silikon nitrida terdedah kepada kerosakan hentaman daripada galas zirkonia.
Sangkar galas silikon nitrida
Galas seramik Si3N4 tersedia dalam pelbagai pilihan sangkar, setiap satu disesuaikan dengan keperluan khusus:
Sangkar PEEK: Terkenal dengan kekuatan tinggi dan rintangan kimia, sangkar PEEK sesuai untuk pelbagai persekitaran yang keras.
Sangkar PTFE: Sangkar ini mempunyai lengai kimia yang sangat baik dan geseran yang rendah, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan rintangan minimum.
Sangkar Keluli Tahan Karat 316: Paling sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan dan rintangan haba dan kakisan sederhana.
Kapasiti beban dipertingkatkan: Galas seramik silikon nitrida pelengkap penuh mempunyai bebola tambahan dan tiada sangkar, yang mempunyai kapasiti beban kira-kira 20% lebih tinggi daripada galas sangkar.
Pertimbangan kelajuan: Walau bagaimanapun, disebabkan peningkatan bilangan elemen gelek dan geseran yang terhasil, kelajuan operasi maksimum galas ini adalah 70% lebih rendah daripada galas setanding dengan sangkar.
| Ciri | Galas seramik zirkonia | Galas seramik silikon nitrida | Galas seramik silikon karbida |
Kekerasan bahan | Tinggi | sangat tinggi | sangat tinggi |
Berat | lebih ringan daripada keluli | Tentang. 40% lebih ringan daripada keluli | lebih ringan daripada keluli |
Pekali geseran | rendah hingga sederhana | sangat rendah | rendah |
Rintangan suhu tertinggi | hingga 400 ° C | hingga 1200 ° C | hingga 1600 ° C |
rintangan kakisan | sangat bagus | Cemerlang | Prestasi cemerlang dalam persekitaran berasid dan masin |
penebat elektrik | Tinggi | Tinggi | menukar |
pengembangan haba | meringankan | rendah | rendah |
Rintangan Kesan/Ketahanan Kejutan | Baik | Baik | Tinggi |
Untuk memaksimumkan hayat dan prestasi galas silikon nitrida, operasi di bawah beban maksimum dan kelajuan terkadar adalah disyorkan. Pendekatan ini amat penting kerana ia rapuh daripada bahan yang kurang keras.
Penggunaan galas silikon nitrida
Galas seramik Si3N4 digunakan secara meluas dalam pelbagai industri kerana ciri uniknya. Aplikasi utama termasuk:
Aplikasi Laut: Ketahanan mereka terhadap rendaman lengkap dan kekal menjadikannya sesuai untuk aplikasi marin.
Persekitaran vakum yang tinggi: Sifat bahan silikon nitrida bermanfaat untuk aplikasi vakum tinggi.
Aplikasi ketepatan: Geseran rendah dan kapasiti galas beban yang tinggi menjadikannya sesuai untuk jentera ketepatan.
Kenderaan elektrik: Dalam industri kenderaan elektrik, sifat ringan dan sifat penebat elektriknya meningkatkan kecekapan dan kebolehpercayaan motor.
Galas seramik zirkonia adalah putih. Secara amnya, cincin dan bola dalam dan luar diperbuat daripada zirkonia, dan sangkar diperbuat daripada PTFE (iaitu, Teflon). Gabungan ini boleh menahan suhu sehingga 240 darjah Celsius, tetapi jika rintangan suhu diperlukan melebihi 240 darjah Celsius hingga 400 darjah Celsius, bola mesti diisi dengan zirkonia (iaitu, sangkar tidak digunakan, dan keseluruhan bola adalah diperbuat daripada zirkonia), jadi Ia boleh menahan suhu kira-kira 400 darjah.
Galas zirkonia adalah terutamanya galas seramik yang diperbuat daripada zirkonia (ZrO2) sebagai bahan mentah utama. Ia mempunyai keliatan tinggi yang luar biasa, kekuatan lenturan yang tinggi dan rintangan haus yang tinggi, yang menjadikannya cemerlang dalam banyak bidang. Di samping itu, pekali pengembangan haba seramik zirkonia adalah hampir dengan logam, membolehkan ia digabungkan dengan logam dengan sempurna. Satu lagi ciri penting galas zirkonia ialah sifat penebat habanya, yang membolehkannya berfungsi dalam persekitaran suhu tinggi dan menahan perubahan suhu yang cepat. Galas seramik yang diperbuat daripada ZrO2 atau zirkonium dioksida adalah bahan seramik yang sukar dengan sifat pengembangan yang hampir sama dengan keluli, tetapi 30% lebih ringan. Ini adalah kelebihan apabila mempertimbangkan kesesuaian aci dan perumah dalam aplikasi suhu tinggi, di mana pengembangan galas mungkin bermakna aci tidak lagi sesuai. Walaupun ia sering dirujuk sebagai galas ZrO2, ia sebenarnya diperbuat daripada ZrO2 yang distabilkan yttria, yang memberikan kekuatan dan ketahanan bahan yang lebih besar kepada patah pada suhu bilik. Ia juga sangat kalis air, yang bermaksud ia sering digunakan dalam aplikasi marin, terutamanya di mana peralatan tenggelam sepenuhnya, atau di mana galas keluli tradisional tidak dapat menampung beban atau kelajuan.
Galas bebola seramik zirkonia VS galas bebola seramik silikon nitrida
Galas seramik zirkonia (ZrO2) dan galas seramik silikon nitrida (Si3N4) adalah kedua-dua jenis galas seramik. Ia biasanya digunakan secara meluas dalam bidang industri jentera berketepatan tinggi atau dalam bidang bahan kasar. Perbezaan utama antara galas bebola seramik zirkonia dan galas bebola seramik silikon nitrida ialah:
warna
daripada 80% bola seramik zirkonia kebanyakannya berwarna putih, dan bola seramik zirkonia putih adalah warna sebenar mereka. Tetapi kadang-kadang anda melihat bahawa bola seramik kelihatan kuning muda atau kelabu, kerana bahan zirkonia mengandungi sejumlah kecil kekotoran. Bola seramik zirkonia mempunyai kelebihan keliatan yang tinggi, kekuatan lentur yang tinggi dan rintangan haus, sifat penebat haba yang sangat baik, dan pekali pengembangan haba yang hampir dengan bola keluli. Bola seramik silikon nitrida kebanyakannya berwarna hitam karbon. Ia sangat tahan terhadap suhu tinggi dan kekuatannya boleh dikekalkan sehingga 1,200 darjah tanpa berkurangan. Mereka adalah salah satu bahan yang paling sukar di dunia.
Perbandingan prestasi fizikal
Dari segi sifat fizikal, bola seramik zirkonia mempunyai rintangan haus dan rintangan kakisan yang sangat baik, manakala bola seramik silikon nitrida juga mempunyai prestasi yang sama cemerlang. Pada masa yang sama, bola seramik silikon nitrida juga berfungsi dengan baik dari segi ketepatan pemprosesan. Oleh itu, dalam bidang aplikasi industri jentera berketepatan tinggi, seperti galas ketepatan ultra, sebagai tambahan kepada penggunaan bola keluli yang meluas, bola seramik juga telah mula menjadi popular dalam galas ketepatan. Kerana bola seramik mempunyai ciri-ciri anti-karat dan anti-karat berbanding dengan bebola keluli galas, dan ketepatan pemprosesan adalah lebih tinggi daripada bola keluli.
Pada masa yang sama, ia boleh memainkan peranan rintangan suhu tinggi dalam persekitaran suhu tinggi. Oleh itu, bola seramik muncul dalam galas dan medan jentera ultra ketepatan lain, seperti rel panduan, aksesori gelongsor linear, dll., dan mempunyai kecenderungan untuk menggantikan bola keluli.
Sifat bahan | Galas Zirkonia | Galas Silikon Nitrida |
Ketumpatan (kg·m-3) | 5900 | 3250 |
Modulus keanjalan (GPa) | 205 | 310 |
Kekuatan mampatan (MPa) | 2000 | > 3500 |
Modulus pecah (MPa) | 600-900 | 700-1000 |
Kekerasan Vickers (GPa) | 10-13 | 14-18 |
Keliatan (MPa·m1/2) | 8-12 | 5-8 |
Pekali pengembangan terma (K-3·10-6) | 12 | 3.4 |
Haba tentu (J·kg-1·K-1) | 400 | 800 |
Had atas suhu penggunaan (℃) | 750 | 1050 |
Rintangan hentaman | sederhana | Tinggi |
Mod kegagalan keletihan sentuhan bergolek | Kupas | Kupas |
Dari meja, kita boleh tahu bahawa ketumpatan silikon nitrida ialah 55.09% daripada seramik zirkonia. Galas seramik yang diperbuat daripada silikon nitrida adalah ringan, membolehkan ia digunakan dalam peranti perubatan, peralatan rumah, enjin peralatan aeroangkasa dan aci engkol kereta lumba. Pada masa yang sama, disebabkan ketumpatannya yang rendah, apabila silikon nitrida digunakan sebagai elemen penggelek, daya emparan yang dihasilkan oleh badan berputar apabila galas berputar dikurangkan, yang kondusif untuk putaran berkelajuan tinggi. Ini membolehkan ia digunakan dalam enjin turbin gas, gelendong alat mesin, dan pengasingan emparan. peralatan dan bidang lain.
Modulus keanjalan dan kekuatan mampatan silikon nitrida juga lebih tinggi daripada zirkonium oksida, yang memberi manfaat kepada keupayaan galas untuk menahan tekanan; pekali pengembangan haba silikon nitrida adalah lebih kecil daripada zirkonium oksida, yang bermanfaat untuk mengurangkan tindak balas galas terhadap suhu. Kepekaan yang berubah menjadikan julat kelajuan operasi galas lebih luas; rintangan suhu tinggi silikon nitrida, rintangan kakisan dan kestabilan kimia yang sangat baik membolehkan seramik silikon nitrida digunakan dalam suhu yang lebih tinggi dan di tempat di mana zirkonium oksida seperti natrium hidroksida sulfat tidak boleh digunakan. Adegan asid-bes yang kuat.
Walaupun seramik silikon nitrida mempunyai ciri-ciri kebolehsuaian yang kuat dan prestasi unggul, kos galas seramik silikon nitrida adalah agak tinggi. Berbanding dengan bahan seramik lain (silikon nitrida, dll.), proses penyediaan bahan zirkonia agak mudah, kos badan hijau adalah rendah, dan mudah untuk dipasarkan. Oleh itu, galas seramik zirkonia boleh digunakan dalam aplikasi yang mempunyai keperluan prestasi yang agak rendah dan keperluan kos rendah. Adegan bawah. Pada masa yang sama, keliatan zirkonia lebih tinggi daripada silikon nitrida, yang memberi manfaat kepada penggunaan galas yang stabil.
Adakah kos tambahan itu berbaloi?
Galas semua seramik biasanya lebih bulat, licin dan lebih keras daripada keluli, dengan kakisan dan rintangan haba yang sangat baik, kestabilan dimensi yang lebih tinggi dan ketumpatan yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, ini memerlukan kos. Galas seramik jauh lebih mahal daripada galas keluli. Jadi, bilakah patut melabur dalam galas seramik?
Aplikasi bernilai tinggi, seperti peralatan makmal, mempunyai keperluan tepat yang perlu dipenuhi setiap kali aplikasi digunakan. Menggunakan komponen yang salah dalam peralatan tersebut boleh mencemarkan keadaan penyelidikan atau menyebabkan kajian terhenti sama sekali. Ini adalah sama seperti dalam peralatan perubatan, di mana sifat bebas pencemaran dan bukan magnet bagi galas seramik adalah kritikal.
Ambil pengimejan resonans magnetik (MRI), teknik pengimejan yang dikaitkan terutamanya dengan pengimbas MRI hospital. Teknologi ini menggunakan medan magnet yang kuat untuk menghasilkan imej dua atau tiga dimensi bagi mana-mana objek hidup. Galas keluli standard tidak boleh digunakan dalam pengimbas ini kerana kemagnetan, jadi galas seramik adalah pilihan terbaik untuk aplikasi bernilai tinggi ini.
Begitu juga, apabila pengeluar litar bersepadu berusaha untuk menjadikan cip mereka lebih cepat, lebih kecil dan lebih murah, syarikat peralatan pembuatan semikonduktor telah menjadi bergantung kepada komponen seramik termaju untuk mencapai prestasi yang diperlukan. Galas yang diperbuat daripada silikon nitrida dan bukannya aluminium oksida standard (aluminium oksida) memberikan penebat elektrik dan rintangan kakisan yang baik.
Dalam bidang perindustrian moden, galas digunakan secara meluas, dan galas zirkonia dan silikon nitrida galas, sebagai dua galas seramik berprestasi tinggi, telah menjadi pilihan pertama dalam banyak situasi permintaan tinggi kerana sifat fizikal dan kimia mereka yang unik. Jadi apakah perbezaan antara keduanya dan bagaimana kita harus memilih?
Silikon nitrida mempunyai kerintangan dan pemalar dielektrik yang serupa dengan aluminium oksida, tetapi disebabkan oleh struktur mikronya, bahan itu lebih kuat. Galas semua seramik boleh menampung banyak keadaan mencabar yang terdapat dalam fasa pengeluaran semikonduktor; daripada suhu ketuhar menghampiri 1400 darjah Celsius, kepada kualiti udara bilik bersih Kelas 1. Tiba-tiba, kos tambahan itu jelas wajar.
Secara amnya, galas zirkonia dan galas silikon nitrida masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Apabila memilih, anda perlu mempertimbangkan keperluan sebenar dan syarat aplikasi untuk memilih bahan yang paling sesuai. Sebagai contoh, galas zirkonia adalah pilihan yang baik untuk aplikasi yang memerlukan rintangan haus yang tinggi dan penebat haba; manakala galas silikon nitrida sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan rintangan kakisan.
Galas seramik seramik penuh vs hibrid?
Apabila kebanyakan orang memikirkan galas seramik, mereka biasanya merujuk kepada versi hibrid. Galas hibrid terletak di suatu tempat di tengah-tengah antara seramik dan keluli dan biasanya termasuk perlumbaan atau gelang keluli tahan karat dan bola seramik. Cincin dalam dan luar keluli bagi galas hibrid boleh dimesin kepada toleransi yang sangat ketat, bermakna ia paling sesuai untuk aplikasi seperti motor elektrik, peralatan makmal dan alatan mesin.
Sebagai contoh, pada pengisar, geseran boleh dikurangkan dengan menambah galas hibrid seramik dan pelincir gris sintetik, dengan itu meningkatkan putaran seminit (RPM) sebanyak 25%. Spindle pengisar dengan seramik hibrid boleh berjalan selama 4,000 jam tanpa sebarang masalah, manakala gelendong pengisar dengan galas keluli boleh berjalan selama 3,000 jam. Galas hibrid juga mengurangkan suhu hampir 50%. Di pusat pemesinan mendatar, penukaran daripada galas konvensional kepada hibrid telah ditunjukkan dapat mengurangkan suhu galas daripada 60 darjah Celsius kepada 36 darjah Celsius pada 12,000 RPM.
Kelajuan yang lebih tinggi boleh dicapai menggunakan kombinasi galas hibrid daripada sepenuhnya galas seramik kerana gelang logam yang kurang rapuh kurang terdedah kepada kegagalan bencana secara tiba-tiba pada kelajuan tinggi atau di bawah beban. Walau bagaimanapun, rintangan kakisan galas hibrid adalah rendah berbanding dengan galas seramik sepenuhnya. Menentukan galas yang betul untuk persekitaran yang melampau sentiasa menjadi isu yang kompleks. Tetapi sama seperti zirkonia menjelaskan asal-usul kehidupan, bertanya tiga soalan ini akan membantu proses membuat keputusan.