Den ultimate guiden til keramiske lagermaterialer

Michin.Mu

Lagerprodusent og leverandør

Spesialiserer seg på kulelager, rullelager, trykklager, tynnseksjonslagre etc.

Følg meg på:

Den ultimate guiden til keramiske lagermaterialer

Keramiske materialer er mye brukt i mange felt på grunn av deres unike egenskaper som høy styrke, høy hardhet, slitestyrke og høy temperaturstabilitet. For eksempel har studier vist det helkeramiske lagre presterer bedre i vann enn noe rustfritt stål. Vanlige brukte keramiske lagermaterialer inkluderer silisiumnitrid (Si3N4), zirkoniumoksid (ZrO2), aluminiumoksid (Al2O3) eller silisiumkarbid (SiC). De beste keramiske materialene for vannforurensede miljøer er silisiumnitrid og zirkoniumoksid, som har en levetid som er 70 ganger lengre enn lagre i rustfritt stål. Denne bloggen har som mål å utforske klassifiseringen og spesifikasjonene til keramiske lagermaterialer, keramisk peiling produksjonsprosesser, og gi konstruktive forslag for din omfattende forståelse av keramiske lagre.

Alumina keramikk (Al2O3)

Hovedkomponenten i alumina-keramikk er Al2O3, som vanligvis inneholder mer enn 45%. Alumina-keramikk har forskjellige utmerkede egenskaper som høy temperaturbestandighet, korrosjonsmotstand, høy styrke, høy hardhet og gode dielektriske egenskaper, som er 2 til 3 ganger høyere enn vanlig keramikk. Ulempen med alumina-keramikk er imidlertid at de er skjøre og ikke kan akseptere plutselige endringer i omgivelsestemperaturen. Alumina kan deles inn i forskjellige serier i henhold til Al2O3-innholdet og tilsetningsstoffene som brukes. For eksempel kan alumina deles inn i 75% alumina, 85% alumina, 95% alumina, 99% alumina, etc.

Materiale	alumina
Eiendom	Enhet	AL997	AL995	AL99	AL95
% Alumina	-	99.70%	99.50%	99.00%	95.00%
FARGE	-	Elfenbein	Elfenbein	Elfenbein	Elfenben og hvitt
permeabilitet	-	Luft tett	Luft tett	Luft tett	Luft tett
Tetthet	g / cm³	3.94	3.9	3.8	3.75
retthet	-	1 ‰	1 ‰	1 ‰	1 ‰
Hardhet	Mohs skala	9	9	9	8.8
Vannabsorpsjon	-	≤ 0.2	≤ 0.2	≤ 0.2	≤ 0.2
Bøyestyrke (typisk ved 20°C)	MPa	375	370	340	304
Trykkstyrke (typisk ved 20°C)	MPa	2300	2300	2210	1910
Termisk ekspansjonskoeffisient (25°C til 800°C)	0-6/°C	7.6	7.6	7.6	7.6
Dielektrisk styrke (5 mm tykkelse)	AC kV/mm	10	10	10	10
Dielektrisk tap (25 °C @ 1MHz)	-			0.0006	0.0004
Dielektrisk konstant (25°C @ 1MHz)	-	9.8	9.7	9.5	9.2
Volumresistivitet (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
Langvarig arbeidstemperatur	° C	1700	1650	1600	1400
Termisk ledningsevne (25°C)	W/m·K	35	35	34	20

Alumina er en utmerket elektrisk isolator som kan motstå ekstremt høye strømmer. Dens motstand mot elektrisitet øker med dens renhet. Jo høyere renhet av alumina, jo høyere motstand. Det er velkjent at alumina også har et meget høyt smeltepunkt og sterk mekanisk styrke. Smeltepunktet for vanlige Al2O3-produkter er svært høyt, ved 2072°C. Men når temperaturen overstiger 1000 grader Celsius, reduseres dens mekaniske styrke. På grunn av den enorme forskjellen i termisk ekspansjonskoeffisient, er motstanden mot termisk sjokk dårlig når den utsettes for svært høye temperaturer.

Den utmerkede kjemiske stabiliteten til alumina er hovedfaktoren i dens høye korrosjonsbestandighet. Alumina er også lett løselig i sterke syrer (som varm svovelsyre og varm HCl, HF har også en viss etsende effekt) og alkaliske løsninger, men er uløselig i vann. Ren alumina kan motstå kjemisk korrosjon, noe som gjør ren alumina til det viktigste materialet for en rekke industrielle deler. Alumina keramiske materialer har også svært lavt damptrykk og nedbrytningstrykk. Disse egenskapene til alumina-keramikk gjør den til en av de mest brukte keramikkene i strukturelle, slitasje- og korrosjonsmiljøer.

Alumina keramikk er vanligvis laget av bauxitt og kan støpes ved bruk av sprøytestøping, kompresjonsstøping, isostatisk pressing, slipestøping, diamantbearbeiding og ekstrudering. I likhet med aluminiumnitrid kan aluminiumoksyd også fremstilles ved tørrpressing og sintring eller ved varmpressing med passende sintringshjelpemidler. På grunn av sin utmerkede kjemiske stabilitet, er alumina-keramikk mye brukt i lagre, syrefaste pumpehjul, pumpekropper, syrerørledninger og ventiler. På grunn av sin ekstremt høye hardhet og slitestyrke, brukes alumina-keramikk også ofte til å produsere tekstil-slitasjebestandige deler og skjæreverktøy.

Keramiske materialer – Sortert etter tetthet

Zirconia > 99 % Alumina > 94 % Alumina > 85 % Alumina > Aluminium Nitride > Silisiumkarbid > Mullite > Macor© > Cordierite

Keramiske materialer – Sortert etter hardhet

Silisiumkarbid > 99 % Alumina > YTZP Zirconia > Silisium Nitride > TTZ Zirconia > 94 % Alumina > 85 % Alumina > Mullite > Cordierite > Macor©

Når aluminiumoksydinnholdet er høyere enn 95%, kan det brukes som en utmerket elektrisk isolator. Den har også lavt dielektrisk tap og er mye brukt innen elektronikk og elektriske apparater. I tillegg har gjennomsiktig alumina god transmittans til synlig lys og infrarøde stråler og kan brukes til å lage høytrykksnatriumlamper og infrarøde deteksjonsvindumaterialer. I tillegg har alumina-keramikk utmerket biokompatibilitet (ligner på titanlegeringer), høy styrke og høy slitestyrke. Derfor er de også ideelle materialer for å forberede kunstige bein og kunstige ledd.

Zirconia (ZrO2)

Zirkoniumkeramikk har lav varmeledningsevne (isolerer) og høy styrke. De ble først brukt i romfart på 1960-tallet for å danne en termisk barriere som gjorde at romfergen kunne komme inn i jordens atmosfære. De takler også høye temperaturer godt, med driftstemperaturer for zirkoniumkeramikk fra -85°C til 400°C. Imidlertid er de ikke like motstandsdyktige mot termisk sjokk som silisiumnitrid.

Zirconia har en sterk korrosjonsbestandighet, noe som gjør den til et perfekt valg for svært korrosive væsker. Zirconia keramikk har en meget høy motstand mot sprekkvekst, noe som gjør dem ideelle for sveiseprosesser og trådformingsverktøy. Det gjør dem også svært egnet for mekaniske bruksområder med risiko for brudd. De har også svært høy termisk ekspansjon, med en termisk ekspansjonskoeffisient som ligner på stål, noe som gjør dem til det valgte materialet for sammenføyning keramikk og stål. Basert på sine tribologiske egenskaper er zirkoniumoksyd svært egnet for rullende bevegelser, som lineære lagre eller kulelager (som produsenten TK linear). I tillegg har zirkoniumoksid- og silisiumnitridkeramikk fordelene med høy vakuumkompatibilitet, ikke-magnetisk, ikke-ledende, høy og lav temperaturbestandighet, kjemisk motstand, høy stivhet og lang levetid. Zirkoniumoksid og silisiumnitrid kan lages til lager etter tørrkjøring.

Sammenlignet med aluminiumoksid har zirkoniumoksid høye mekaniske egenskaper, høy styrke og høy seighet. Hvis styrke er det eneste kravet, anbefales dette materialet. I tillegg er zirkoniumoksid (ZrO2) en keramikk kjent innen helsefeltet for sin biokompatibilitet, bioinerthet, høye mekaniske egenskaper og kjemisk stabilitet. I dentalindustrien brukes zirkoniumoksidkeramikk til å produsere ulike tannrestaureringsprodukter. For eksempel brukes ugjennomsiktige eller gjennomskinnelige zirkoniumemner til å lage broer, kroner og finér. Varm isostatisk presset zirkoniumoksid brukes til å lage tannimplantater og distanser. En av hovedfordelene ved å bruke zirkoniumoksid til tannrestaureringer er at overflatefinishen til det ferdige produktet ligner mye på naturlige tenner. I tillegg er zirkoniumkeramikk gjennomskinnelig og skinnende, noe som gjør dem egnet for bruksområder hvor utseendet ligner det omkringliggende tannmaterialet.

Silisiumkarbid

Silisiumkarbidkeramikk er hovedsakelig sammensatt av SiC, som er en høystyrke, høy-hardhet høytemperaturkeramikk. Når den brukes ved høye temperaturer på 1200℃ til 1400℃, kan silisiumkarbidkeramikk fortsatt opprettholde en høy bøyestyrke og kan brukes til høytemperaturkomponenter som raketthaledyser, termoelementhylser og ovnsrør. Silisiumkarbidkeramikk har også god termisk ledningsevne, oksidasjonsmotstand, elektrisk ledningsevne og høy slagfasthet. Det er et sterkt og slitesterkt keramisk materiale som også har lav tetthet, lav termisk ekspansjonshastighet og utmerket termisk støtmotstand, noe som gjør det egnet for en rekke bruksområder.

sammensetning	Silisiumkarbid
Molekylær vekt	40.1
Utseende	Svart
Smeltepunkt	2,730°C (4,946°F) (dekomponering)
Tetthet	3.0 til 3.2 g/cm³
Elektrisk motstandsevne	1 til 4 x 10^5 Ω·m
porøsitet	0.15 til 0.21
Spesifikk varme	670 til 1180 J/kg·K

Silisiumkarbid produseres ved kjemisk å kombinere karbon- og silisiumatomer. Silisiumkarbidpartikler har blitt brukt som slipemiddel i mange år, oftest i form av sandpapir. Imidlertid kan disse partiklene bindes sammen gjennom sintring for å danne et svært slitesterkt keramisk materiale som har utmerkede mekaniske egenskaper, noe som gjør det til et utmerket valg for produksjon av lagre. På grunn av sin høye termiske og elektriske ledningsevne, kan silisiumkarbid brukes som en statisk elimineringskomponent.

Nitrid keramikk

Nitrid keramikk er laget av metallnitrider, som f.eks silisiumnitrid og aluminiumnitrid. Silisiumnitridkeramikk (Si3N4) Si3N4 er hovedkomponenten i silisiumnitridkeramikk, som er en høystyrke, høy hardhet, slitesterk, korrosjonsbestandig og selvsmørende høy temperatur keramikk.

Eiendom	Verdi
FARGE	Grå og mørkegrå
Tetthet	3.2 til 3.25 g/cm³
Hardhet	HRA 92 til 94
Maksimal driftstemperatur	1300 til 1600 ° C
Termisk ledningsevne	23 til 25 W/(m·K)
Fleksibilitetsstyrke	≥900 MPa
Brudd seighet	6 til 8 MPa·m¹/²
Termisk utvidelseskoeffisient	2.95 til 3 x 10⁻⁶ /°C (0 til 1400°C)

Hvis du er ute etter et materiale som tåler høye temperaturer og tøffe mekaniske forhold, så er silisiumkarbid et godt valg, selv om dette materialet er relativt dyrt. Når det gjelder å tåle høye temperaturer, er silisiumnitrid overlegen metallløsninger, og Si3N4 har et driftstemperaturområde på -100°C til 900°C. I tillegg er den lineære ekspansjonskoeffisienten til silisiumnitrid den minste blant alle typer keramikk. Den termiske ekspansjonskoeffisienten til silisiumnitrid er 3.2 x 10-6/k, mens den termiske ekspansjonskoeffisienten til silisiumkarbid er 3 x 10-6/k. De termiske ekspansjonskoeffisientene til zirkoniumoksid og aluminiumoksid er henholdsvis 10.5 x 10-6/k og 8.5 x 10-6/k, men begge er mye lavere enn lagerstål, som har en koeffisient på 12.5 x 10-6/k.

Klassifisering	Aluminiumoksid	Aluminiumoksid	Aluminiumoksid	Aluminiumoksid	Silisiumkarbid	Silisiumkarbid	Silisiumnitrid	Mullite	Zirkoniumoksid	talkum
	KMA995	KMG995	KMA96	KMA96	KMG96	KMG96	Kai170	talkum	KYCS	-
Hovedkomponent	99.7	99.6	96	96	92	92	92	92	92	92
FARGE	Milky	Hvit	Hvit	Hvit	Hvit	Svart	Svart	Grå	Hvit	Grå
Bulkdensitet (g/cm³)	3.9	3.9	3.7	3.7	6	3.1	3.2	2.7	3.5	2.7
Bøyestyrke (MPa)	400	390	320	320	1000	450	420	200	120	150
Youngs modul (GPa)	380	370	340	340	410	350	310	210	130	170
Mekanisk	Hardhet (GPa)	21	20	19	19	24	13	22	13	22
Poisson er forholdet	-	0.24	0.24	0.23	0.31	-	-	-	-	-
Bruddfasthet (MPa·m¹/²)	4.1	4	3.5	3.5	4	4.6	6	2.5	4	3.2
Termisk ekspansjonskoeffisient (×10⁻⁶/°C)	6.4	5.8	5.7	5.7	7.7	11	3.2	2.5	2.5	3.0
Termisk	Termisk ledningsevne (W/m·K)	30	28	21	21	120	80	17	1.2	1.2
Spesifikk varme (J/g·K)	0.78	0.78	0.78	0.78	1.4	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2
Dielektrisk konstant (1 MHz)	10.1	10.1	9.4	9.5	11	7	7	8.5	8.5	6.5
Dielektrisk tap (×10⁻⁴)	50	50	40	50	50	50	50	50	50	50
Volumresistivitet (Ω·cm)	10¹⁵	10¹⁵	10¹⁴	10¹⁴	10¹²	10¹²	10¹²	10¹³	10¹³	10¹³
Nedbrytingsspenning (kV/mm)	10	10	10	10	11	11	11	10	10	10
Funksjoner	Høy styrke	Høy styrke	Høy styrke	Høy styrke	Høy hardhet	Høy hardhet	Høy seighet	Høy seighet	Lav termisk ledningsevne	Lav termisk ledningsevne
	isolasjons~~POS=TRUNC	isolasjons~~POS=TRUNC	isolasjons~~POS=TRUNC	isolasjons~~POS=TRUNC	ledende	ledende	isolasjons~~POS=TRUNC	isolasjons~~POS=TRUNC	Light Weight	Light Weight
Bruker	Slipende materiale	Slipende materiale	Slipende materiale	Slipende materiale	Slipende materiale	Slipende materiale	Tetningsmateriale	Tetningsmateriale	Termisk isolasjon	Termisk isolasjon
	Slitasjebestandige deler	Slitasjebestandige deler	Slitasjebestandige deler	Slitasjebestandige deler	Høytemperaturmotstandsdeler	Høytemperaturmotstandsdeler	Luftfartens deler	Luftfartens deler	Halvledende utstyrsdeler	Halvledende utstyrsdeler
	Høytemperaturdeler	Høytemperaturdeler	Høytemperaturdeler	Høytemperaturdeler	verktøyet Deler	verktøyet Deler	Elektrodedeler	Elektrodedeler	Tannimplantater	Tannimplantater
	Halvlederdeler	Halvlederdeler	Halvlederdeler	Halvlederdeler	-

Sak	Enhet	Si3N4	ZrO₂	Al99.5OXNUMX (XNUMX %)	SiC	Bearing Steel
Tetthet	g / cm³	3.23	6.05	3.92	3.12	7.85
Vannabsorpsjon	%	0	0	0	0	0
Koeffisient for lineær termisk ekspansjon	10⁻⁶/k	3.2	10.5	8.5	3	12.5
Elastisitetsmodul (Young's Mod.)	GPa	300	210	340	440	208
Poisson er forholdet	/	0.26	0.3	0.22	0.17	0.3
Hardhet (Hv)	MPa	1500	1200	1650	2800	700
Bøyestyrke (@ RT)	MPa	720	950	310	390	520 (strekkstyrke)
Bøyestyrke (700°C)	MPa	450	210	230	380	/
Kompressiv styrke (@ RT)	MPa	2300	2000	1800	1800	/
Bruddseighet, K₁c	MPa·m¹/²	6.2	10	4.2	3.9	25
Termisk ledningsevne (@ RT)	W/m·k	25	2	26	120	40
Elektrisk resistivitet (@ RT)	Ω·mm²/m	>10¹³	>10¹⁵	>10¹⁶	>10³	0.1 ~ 1
Maks. Brukstemperatur (ingen lasting)	° F	1050	750	1500	1700	1700
Korrosjon Resistance	/	Utmerket	Utmerket	Utmerket	Utmerket	dårlig

Silisiumnitrid har en termisk sjokkmotstand på opptil 600°C, mens silisiumkarbid har en termisk sjokkmotstand på kun 400°C, noe som indikerer at risikoen for brudd på grunn av temperaturendringer er minimal. I miljøer med store temperaturendringer, når termisk sjokkmotstand er en topp prioritet, er silisiumnitrid og silisiumkarbid de beste valgene. I tillegg har silisiumnitrid utmerket korrosjonsbestandighet og kan motstå korrosjon fra forskjellige syrer unntatt flussyre, samt korrosjon fra alkalier og forskjellige metaller. Den har utmerket elektrisk isolasjon og strålingsmotstand.

Disse egenskapene til silisiumnitridkeramikk gjør det nyttig som høytemperaturlager, tetninger som brukes i korrosive medier, termobrønner, skjæreverktøy for metall, etc. For eksempel har kulelagerindustrien brukt dette materialet i flere tiår fordi dets ytelse er bevist og det brukes ofte i rullende elementer av keramiske lagre, for eksempel kuler og ruller. Dens ekstremt høye mekaniske seighet og utmerkede varmebestandighet, korrosjonsmotstand og slitestyrke er årsakene til at den brukes i ulike høybelastningsapplikasjoner.

Produksjonsprosess for keramiske lager

1. Pulverbehandling. Keramisk pulverbehandling er veldig lik metallpulverbehandling. Keramisk pulverbehandling innebærer å produsere pulver ved å male, deretter lage grønne produkter, og deretter konsolidere dem for å oppnå det endelige produktet. Pulver er en samling av fine partikler. Keramisk pulver kan oppnås ved å knuse, male, separere urenheter, blande og tørke råvarene.

2. Miksing. De keramiske komponentene blandes sammen gjennom ulike prosedyrer og maskiner, og de blir til slurry ved å tilsette vann eller andre væsker.

3. Støpemetode. Det er to vanlige keramiske lagerstøpingsmetoder, nemlig sprøytestøping og pulverstøping. Sprøytestøping er å blande keramisk pulver, organisk bindemiddel, reologisk middel, sub-mikron pulver, etc., og injisere dem i formen for støping. Pulverstøping er å komprimere keramisk pulver til en støpt kropp og deretter sintre det. Disse to metodene har sine egne fordeler og ulemper, og de bør velges i henhold til spesifikke tekniske krav.

4. Sintringsprosess. Under produksjonsprosessen av keramiske lagre er det nødvendig med sintringsbehandling for å størkne den støpte kroppen til et ferdig produkt, og samtidig kan dets hardhet og styrke også forbedres. Sintringsprosessen av keramiske lagre inkluderer hovedsakelig oksidsintring og ikke-oksidsintring. I henhold til prosessflyten utføres sintring først i en oksiderende atmosfære, og deretter utføres sintring i en ikke-oksiderende atmosfære. Under hele sintringsprosessen må miljøparametere som temperatur, trykk og atmosfære kontrolleres for å oppnå ønsket effekt.

5. Presisjonsbearbeiding. De sintrede keramiske lagrene må gjennomgå påfølgende presisjonsmaskinering, inkludert sliping, polering og andre trinn for å sikre deres geometriske nøyaktighet og overflatekvalitet. Samtidig kreves det også kvalitetskontroll, inkludert påvisning og analyse av indikatorer som hardhet, tetthet, dimensjonsavvik og støy for å sikre at produktene oppfyller internasjonale standarder og kundekrav.

Faktorer som påvirker kvaliteten på keramiske lagre

Kvaliteten og effektiviteten til keramisk lagerbehandling påvirkes av mange faktorer, inkludert materialkvalitet, støpemetode, sintringsprosess, presisjonsmaskineringsteknologi og utstyr. I tillegg påvirkes den også av miljøparametere som temperatur, trykk, hastighet og atmosfære under behandlingen. I lys av disse faktorene må prosessteknikere velge passende prosessflyter, utstyr og verktøy for å sikre behandlingskvalitet. I dagens bruksområde for keramiske materialer har keramiske lagre blitt en uunnværlig kjerneteknologi.