Łożyska ceramiczne mają tendencję do przyćmiewania swoich stalowych odpowiedników. W wielu niemagnetycznych i nieprzewodzących urządzeniach medycznych lub półprzewodnikowych łożyska ceramiczne powinny być pierwszym wyborem. Rozległa wiedza zespołu technicznego AUB Bearings. Od wielu lat AUB jest producentem i dostawcą wysokiej jakości łożysk, koncentrując się na różnych seriach łożysk, w tym łożyskach pełnoceramicznych i hybrydowych łożyskach ceramicznych.
Bieżnie i kulki łożysk całkowicie ceramicznych są w całości wykonane z materiałów ceramicznych, które pod wieloma względami przewyższają zwykłe łożyska stalowe. Ceramika jest idealnym materiałem do wszelkich zastosowań, w których wymagane jest osiągnięcie wyższych prędkości, zmniejszenie całkowitej masy lub w ekstremalnie trudnych warunkach, w których występują wysokie temperatury i substancje żrące. the
Ceramiczne łożyska hybrydowe są najpopularniejszym rodzajem łożysk ceramicznych i składają się ze stalowego pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego z ceramiką (zwykle Si3N4) kulki zamiast stali. Typowymi typami łożysk ceramicznych są łożyska kulkowe skośne i zwykłe. Ceramiczne łożyska hybrydowe są najpopularniejszym rodzajem łożysk ceramicznych i składają się ze stalowych pierścieni wewnętrznych i zewnętrznych z kulkami ceramicznymi (zwykle Si3N4) zamiast stali.
Łożyska ceramiczne są zwykle wykonane z następujących materiałów:
Ponieważ ceramika jest powierzchnią podobną do szkła, ma wyjątkowo niski współczynnik tarcia, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań, w których dąży się do zmniejszenia tarcia. Kulki ceramiczne wymagają mniej smarowania i są twardsze niż kulki stalowe, co pomaga przedłużyć żywotność łożyska. Wydajność termiczna jest lepsza niż kulek stalowych, więc przy dużych prędkościach wytwarza się mniej ciepła.
Koszyki łożysk pełnoceramicznych są zwykle wykonane z wysokowydajnych tworzyw sztucznych, takich jak PEEK lub PTFE. Ceramiczne koszyki łożyskowe AUB są wykonane z polieteroeteroketonu (PEEK), tworzywa termoplastycznego używanego w różnych zastosowaniach półprzewodnikowych. PEEK jest lekki, ma bardzo dobre właściwości mechaniczne, wysoką temperaturę pracy i dobrą odporność na media. W ekstremalnych temperaturach (do -253°C) zamiast PEEK stosuje się polichlorotrifluoroetylen (PCTFE), który zapewnia również lepszą odporność na media. Gdy temperatura przekracza 250°C, jako materiał klatki stosuje się stal żaroodporną.
Kulki ceramiczne są bardziej okrągłe, lżejsze, twardsze i gładsze niż kulki stalowe ze względu na brak porowatości. Zmniejsza to tarcie i straty energii, umożliwiając wydajniejszą (i dłuższą) pracę sprzętu z ceramicznymi łożyskami kulkowymi. Ponieważ są stosunkowo gładkie, ceramiczne łożyska kulkowe wymagają mniej smarowania niż łożyska stalowe.
• Łożyska ceramiczne mogą pracować bez smarowania. Wynika to z faktu, że materiały ceramiczne nie ulegają mikrospawaniu. Mikrospawanie występuje, gdy niedoskonałości powierzchni elementów tocznych i bieżni oddziałują na siebie, powodując wyładowanie łukowe, zwykle w metalu. Może to spowodować degradację powierzchni i znacznie skrócić żywotność łożyska. Materiały ceramiczne nie mają tego problemu, dzięki czemu nadają się do różnych zastosowań wymagających środowiska bezsmarowego.
• Zwykle mają bardzo dużą twardość (70-90 HRc) oraz moduł sprężystości lub moduł Younga. Oznacza to, że są odporne na zmianę kształtu po przyłożeniu obciążenia, jednocześnie poprawiając charakterystykę zużycia.
• Korozja. Ceramika to materiały niemetaliczne i nieżelazne. Nie będą korodować jak metal pod wpływem wody i innych niebezpiecznych chemikaliów. Ich wysoka odporność na korozję pozwala im dobrze pracować w mokrych i agresywnych chemicznie środowiskach.
• Bieżnia łożyska.Kulki ceramiczne są znacznie mniej elastyczne niż kulki stalowe i należy o tym pamiętać, rozważając wymianę łożysk na ceramiczne. Kulki ceramiczne z większym prawdopodobieństwem spowodują uszkodzenie (wgniecenie) bieżni łożyska, jeśli wystąpią duże obciążenia wrzeciona lub awaria wrzeciona. Z biegiem czasu wgłębienia w bieżniach mogą się powiększać i ostatecznie doprowadzić do awarii wrzeciona.
Przewodnictwo. Ze względu na brak wolnych elektronów w większości materiałów ceramicznych łożyska ceramiczne są niemagnetyczne i nieprzewodzące, dlatego często są preferowane w zastosowaniach, w których przewodnictwo jest problemem — na przykład, jeśli masz silnik sterowany przez zmienną częstotliwość prowadzić.
• Precyzja.Pod względem dokładności istnieje bardzo niewielka różnica między łożyskami ceramicznymi a łożyskami stalowymi. Jedyna różnica polega na tym, że łożyska ceramiczne nie rozszerzają się termicznie jak łożyska stalowe, więc nie wytwarzają tyle ciepła przy dużych prędkościach i nie doświadczają tak mierzalnego wzrostu temperatury.
• Drogi. Łożyska ceramiczne są średnio o 50% droższe niż łożyska stalowe. Pierwszą rzeczą, na którą ludzie mogą zwrócić uwagę podczas badania łożysk ceramicznych, jest to, że są one znacznie droższe niż łożyska metalowe. Ta sprawa jest spowodowana wieloma przyczynami. Duża ilość energii potrzebna do osiągnięcia temperatur wymaganych w procesie spiekania zaawansowanych surowców wiąże się z niezwykle wysokimi kosztami energetycznymi i przetwórczymi. Ponieważ ceramika jest tak twarda, podczas produkcji łożysk precyzyjnych koszty obróbki i szlifowania szybko się sumują. Wszystko to musi być wykonane w czystym środowisku przez wykwalifikowaną siłę roboczą. Ceramika jest niezwykle wrażliwa na zanieczyszczenia w swoich porach, więc każde zanieczyszczenie może spowodować przedwczesne uszkodzenie. Wraz ze wzrostem rozmiaru cena rośnie wykładniczo ze względu na konieczność stosowania kosztownych metod przetwarzania. Obejmują one wolniejszy proces spiekania wymagany do pokonania gradientów temperatury w surowej bryle, wielkość nacisku stosowanego równomiernie w większej objętości oraz wynikające z tego koszty maszyn.
• Niska nośność. W porównaniu z metalami łożyska ceramiczne mają mniejszą nośność i są wrażliwe na szok termiczny. Szok termiczny ma miejsce, gdy gradient temperatury wewnątrz materiału powoduje różnicę rozszerzalności, a tym samym naprężenia wewnętrzne. To naprężenie może przekroczyć wytrzymałość materiału, powodując powstawanie pęknięć.
• Ceramika jest również trudniejsza w celu uzyskania wysokiej jakości wykończenia powierzchni. Można je szlifować do wykończenia powierzchni Ra 0.1, uzyskując w ten sposób klasę precyzji P5.
Zastosowania związane z eksploracją kosmosu i inne produkty przemysłu lotniczego często opierają się na łożyskach ceramicznych. Lekkie i kompatybilne z próżnią łożyska sprawiają, że idealnie nadają się do satelitów i statków kosmicznych, które wymagają optymalnej nośności w celu zwiększenia dynamiki lotu i przyspieszenia. Ponadto łożyska te mogą pracować bez smarów, takich jak ciężkie smary i oleje, które mają tendencję do przyciągania zanieczyszczeń zakłócających działanie wrażliwych elementów elektrycznych. Istnieje wiele typowych aplikacji, które są ściśle związane z naszym codziennym życiem. Żywotność większości kolejowych silników trakcyjnych poprawiają materiały ceramiczne. Zastosowania chemiczne i hybrydowe również korzystają z zastosowania łożysk ceramicznych, zwłaszcza w celu ochrony przed zanieczyszczeniem. Ponieważ łożyska ceramiczne są chemicznie obojętne, nie wchodzą w reakcje z agresywnymi chemikaliami ani nie przedostają się do wrażliwych roztworów. Odporne na korozję właściwości łożysk ceramicznych sprawiają, że idealnie nadają się one do czyszczenia silnymi kwasowymi lub zasadowymi chemicznymi roztworami czyszczącymi. Ponadto brak smarowania na bazie oleju i smaru zmniejsza ryzyko rozwoju bakterii i zanieczyszczenia. Niektóre inne zastosowania łożysk ceramicznych obejmują:
Łożyska ceramiczne mają wiele zalet w zastosowaniach inżynierskich, ale są też wady, które należy wziąć pod uwagę. Są bardzo twarde, odporne na korozję i mają wysoki moduł sprężystości. Mogą pracować bez smarowania, mają niską rozszerzalność cieplną, zwykle mają małą gęstość i są niemagnetyczne. Są one jednak drogie, mają małą nośność, są wrażliwe na szok termiczny i trudno uzyskać wysokiej jakości wykończenie powierzchni. Niezależnie od tego, czy stosujesz azotek krzemu, tlenek cyrkonu czy węglik krzemu, łożyska ceramiczne są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań, w tym w przemyśle lotniczym, chemicznym, medycznym i naukowym.
