Знаете ли вы идеальный материал для подшипников - керамику из нитрида кремния?

С развитием машиностроения в направлении высокой точности и высокой скорости диапазон применения подшипников становится все шире и шире, а требования к рабочим характеристикам подшипников становятся все выше и выше. Особенно в некоторых особых рабочих условиях металлические подшипники не могут удовлетворить потребности или даже полностью не могут работать. Керамические материалы стали идеальными материалами для высокоскоростного изготовления прецизионных подшипников благодаря их низкой плотности, высокому модулю упругости, малому коэффициенту линейного расширения, износостойкости, высокой термостойкости и коррозионной стойкости.
 

Преимущества и характеристики керамики из нитрида кремния

Хотя нитрид кремния не является ни самой твердой, ни самой прочной технической керамикой, считается, что он обладает наилучшей комбинацией механических и физических свойств для высокопроизводительных подшипников. Давайте посмотрим на преимущества нитрида кремния по сравнению с другими материалами подшипников.

Сравнение производительности 5 видов подшипниковых материалов

 

термостойкость

Как правило, когда рабочая температура стальных подшипников превышает 120 градусов, твердость снижается, а срок службы также уменьшается. Нитрид кремния имеет хорошие температурные характеристики и особенно подходит для высокотемпературных сред.

центробежная сила

Плотность нитрида кремния составляет около 3,24×103 кг/м3, а плотность подшипниковой стали — около 7,8×103 кг/м3, что составляет лишь около 40% плотности подшипниковой стали. Следовательно, когда в элементе качения используется подшипник, подшипник может вращаться с высокой скоростью. Подавляет увеличение нагрузки на тела качения из-за центробежной силы.

Коэффициент линейного расширения

Коэффициент линейного расширения нитрида кремния составляет около 1/4 коэффициента линейного расширения подшипниковой стали, поэтому изменение размеров при изменении температуры невелико, поэтому его выгодно использовать в средах с большими перепадами температуры.

Твердость, модуль упругости, коэффициент Пуассона

Поскольку коэффициент упругости нитрида кремния примерно в 1,5 раза больше, чем у подшипниковой стали, упругая деформация по отношению к нагрузке мала, а жесткость по отношению к нагрузке высока.

Коррозионностойкий, немагнитный, изолирующий

Коррозия является проблемой, когда стальные подшипники используются в машинах, используемых в химическом машиностроении, пищевой, морской и других отраслях. В сильной магнитной среде при использовании стальных подшипников мелкий порошок, изношенный самим подшипником, адсорбируется между телами качения и поверхностью качения, что становится основной причиной преждевременного повреждения отслаивания и повышенного шума подшипника.

Приготовление керамического порошка нитрида кремния

Порошок нитрида кремния для деталей подшипников требует следующих важных характеристик: высокая чистота; высокая однородность и мелкие частицы; высокое фазовое содержание. Методом получения порошка нитрида кремния, наилучшим образом отвечающим этому требованию, является метод карботермического восстановительного азотирования, формула его реакции: 3SiO2 плюс 6C плюс 2N2=Si3N4 плюс 6CO. Порошок, полученный этим методом, содержит меньше металлических примесей и имеет высокую чистоту. Мелкие частицы и высокое содержание фазы, что соответствует требованиям к материалам для деталей подшипников.

Формование керамических подшипников из нитрида кремния, связанных с деталями

Существует множество методов изготовления компонентов подшипников из керамики нитрида кремния, таких как реакционное спекание, спекание при горячем прессовании, спекание без давления и вторичное реакционное спекание. Для получения полностью плотного материала нитрида кремния идеально подходит горячее изостатическое прессование.

Обработка деталей, связанных с керамическим подшипником из нитрида кремния

Обработка соответствующих деталей керамических подшипников из нитрида кремния в основном аналогична обработке деталей из подшипниковой стали, и механизм шлифования в основном такой же. Однако из-за большой разницы между различными свойствами нитрида кремния и свойствами стали существуют значительные различия в шлифовальных инструментах, коэффициентах обработки и шлифовальных смесях при механической обработке. Требования, такие как тип, форма, количество, прочность, характеристики дробления и характеристики износа, различны. Абразивы, используемые в настоящее время, в основном включают карбид кремния, карбид бора и алмазный порошок.

Сборка керамических подшипников из нитрида кремния

Как правило, подшипники качения состоят из четырех основных частей, а именно наружного кольца, внутреннего кольца, тел качения и сепаратора. Поскольку существует десять типов подшипников качения, в разных типах подшипников используются разные формы сепараторов, поэтому методы сборки подшипников также различаются.

Керамические подшипники из нитрида кремния, являющиеся важной механической базовой частью, уникальны в мире новых материалов из-за их превосходных характеристик, которым не могут соответствовать другие подшипники. В последние годы требуются высокотемпературные, высокоскоростные, криогенные, легковоспламеняющиеся, взрывоопасные, сильнокоррозионные, вакуумные, электроизоляционные, немагнитные, сухие трение и другие особые условия работы, незаменимая замена керамических подшипников из нитрида кремния постепенно быть признанным людьми.

Список керамических шарикоподшипников с возможностью горячей замены