برینگهای سرامیکی نیترید سیلیسیوم اصطکاک را حتی در شرایط حرارت شدید و تنش مکانیکی، در حدود ضرایب 0.05 تا 0.15 بسیار پایین نگه میدارند. این برینگها در سرعتهای بالای 20,000 دور بر دقیقه حدود 40 تا 60 درصد عملکرد بهتری نسبت به برینگهای فولادی دارند. پیوند خاص بین اتمهای سیلیسیوم و نیتروژن به مقابله با سایش ناشی از انبساط حرارتی کمک میکند، بنابراین این برینگها بدون از بین رفتن، قادر به کارکرد پیوسته در دماهای بالای 800 درجه سانتیگراد هستند. به دلیل همین پایداری، ماشینهایی که از این برینگها استفاده میکنند در کاربردهای اسپیندل دقیق، 12 تا 18 درصد انرژی کمتری مصرف میکنند. علاوه بر این، زمانی که بار به صورت ناگهانی تغییر میکند، احتمال جوشکاری ریز وجود ندارد. این امر به این دلیل رخ میدهد که ماده به طور طبیعی خودروان است و واکنش چندانی با سطوح دیگر ندارد و در نتیجه برای محیطهای صنعتی پیچیده که قابلیت اطمینان اهمیت بالایی دارد، ایدهآل است.
وقتی ماشینآلات با سرعت بیش از 250,000 دور در دقیقه میچرخند، اتفاق جالبی برای فیلمهای روغن در بلبرینگهای فلزی معمولی رخ میدهد. نیروی گریز از مرکز به سادگی از سر آنها عبور میکند و باعث تماس مستقیم فلز با فلز میشود که همه چیز را به سرعت ساییده میکند. در اینجا است که سرامیکهای نیترید سیلیسیوم واقعاً برجسته میشوند، زیرا سه مزیت اصلی آنها به صورت هماهنگ عمل میکنند. اول، سطوح آنها در واقع حدود سه برابر بیش از فولاد معمولی به مواد روانکننده جذب میشوند. دوم، این مواد حرارت را بسیار بهتر تحمل میکنند و مانع تجزیه روغنها حتی در دماهای بالای 120 درجه سانتیگراد میشوند. و سوم، این مواد به میزان قابل توجهی سفتتر از فولاد هستند و مدول الاستیک آنها حدود 50٪ بالاتر است، بنابراین شیارهای بلبرینگ تحت تنش تغییر شکل نمیدهند. تمام این خواص با هم ترکیب میشوند تا یک فیلم روانکننده بسیار نازک را حفظ کنند، گاهی اوقات به ضخامت تنها 0.1 میکرومتر. برای کسانی که از مراکز ماشینکاری پرسرعت استفاده میکنند، این بدان معناست که میلههای چرخان (اسپیندل) میتوانند تقریباً به مدت 18,000 ساعت بدون نیاز به تعمیر و نگهداری به طور مداوم کار کنند. این مقدار تقریباً سه برابر بیش از عمر بلبرینگهای فولادی سنتی در شرایط مشابه است.
برینگهای سرامیکی نیترید سیلیسیوم به دلیل ترکیب چندین خاصیت کلیدی، مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش از خود نشان میدهند. این خصوصیات شامل سختی برجسته بالای ۱۵۰۰ HV، چقرمگی شکست مناسب در محدوده ۶ تا ۷ مگاپاسکال روت متر مربع، و همچنین توانایی استثنایی در مقاومت در برابر اکسیداسیون حتی در دماهایی بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد میشود. سختی بالا از سایش و آسیب سطحی جلوگیری میکند، در حالی که چقرمگی شکست مانع گسترش ترکها تحت تنشهای مکرر یا ضربههای ناگهانی میشود. مقاومت در برابر اکسیداسیون باعث حفظ سلامت سطوح در شرایط سختی میشود که هم گرما و هم مواد شیمیایی وجود دارند. این ترکیب باعث عملکرد بسیار خوب این برینگها در محیطهایی مانند تجهیزات فرآوری شیمیایی و کورههای صنعتی میشود که در آنها برینگهای فلزی سنتی به راحتی و قبل از موعد دچار خرابی میشوند. آزمایشهای واقعی نشان میدهند که این برینگهای سرامیکی حدود ۶۰ درصد سایش کمتری نسبت به معادلهای استاندارد فولادی دارند، بدین معنا که فواصل زمانی بین بازرسیهای تعمیر و نگهداری طولانیتر شده و توقفهای غیرمنتظره در عملیات تولید کاهش مییابد.
برنجهای سرامیکی Si3N4 ممکن است در مقایسه با گزینههای سنتی قیمت بالاتری در ابتدا داشته باشند، اما در کاربردهای اسپیندلهای دقیق و محرکهای فید، سه برابر عمر میکنند که به معنای صرفهجویی واقعی در طول زمان است. چه چیزی این سرامیکها را متمایز میکند؟ این مواد بسیار سخت هستند، در برابر ترک خوردگی تحت تنش مقاومت میکنند و در دماهای بالا عملکرد بهتری نسبت به فولاد دارند، بهویژه هنگام چرخش با دورهای بالا که در ماشینآلات مدرن شایع است. این ترکیب عملاً از همان نوع سایش و فرسودگی که معمولاً باعث خرابی بلبرینگهای فلزی ماهها قبل از موعد میشود، جلوگیری میکند. تیمهای نگهداری گزارش میدهند که تعداد خرابیها کمتر شده و نیاز به تعویض کاهش یافته است که این امر منجر به کاهش قابل توجه هزینهها در چرخههای تولید میشود.
در طول یک چرخه عمر استاندارد پنج ساله تجهیزات، تسهیلات میتوانند کاهشی در حدود ۵۵ تا ۷۰ درصد در هزینه کل مالکیت تجربه کنند—که این امر Si₃N₄ را به یک سرمایهگذاری استراتژیک برای عملیاتی که قابلیت اطمینان، زمان کارکرد بالا و بودجه نگهداری کمتر را اولویت میدهند، تبدیل میکند.
برینگهای سرامیکی ساختهشده از نیترید سیلیسیوم (Si3N4) به بخشی ضروری در کاربردهای توربوماشینهای هوافضایی مانند تجهیزات جانبی موتور جت و پمپهای سوخت راکت تبدیل شدهاند. این برینگها میتوانند در محیطهای خلا، سرعتهایی بسیار بالاتر از 250 هزار دور در دقیقه را تحمل کنند، جایی که برینگهای فولادی سنتی به دلیل مشکلات جوش سرد دچار خرابی میشوند. این واقعیت که این مواد فلزی نیستند به معنای عدم وجود مشکلات چسبندگی فلز به فلز است. علاوه بر این، این مواد شکل خود را حتی در معرض حرارت شدید بالای 1200 درجه سانتیگراد حفظ میکنند که باعث میشود عملکرد بهصورت هموار ادامه یابد. این برینگها حدود 40 درصد کمتر از همتایان فولادی وزن دارند و این کاهش جرم بهطور قابلتوجهی نیروهای گریز از مرکز واردشده بر قطعات را کاهش میدهد. این امر به جلوگیری از تغییر شکل قطعات و حفظ رفتار مناسب روتور کمک میکند که برای مأموریتهای موفقیتآمیز در فضا یا عملیات ارتفاع بالا ضروری است.
برینگهای نیترید سیلیسیوم (Si3N4) در دستگاههای MRI و CT به دلیل خواص ثابت مواد و سطوح بسیار صاف با زبری کمتر از ۰٫۰۵ میکرومتر، به کاهش اعوجاج تصویر ناشی از لرزشها کمک میکنند. این برینگها در مقایسه با گزینههای فلزی سنتی بسیار روانتر و بیصداتر میچرخند. یک مزیت بزرگ دیگر این است که این برینگها از نظر الکتریکی عایق هستند و بنابراین جریانهای نامطلوب گردابی را متوقف میکنند تا از آشفتگی در میدانهای مغناطیسی جلوگیری شود. علاوه بر این، این عایقبودن موتورهای وسایل نقلیه الکتریکی را در برابر مشکلات خوردگی الکترولیتی ناشی از جریانهای نشتی محافظت میکند. عمر قطعات با استفاده از این برینگها حدود سه برابر بیشتر میشود. همچنین تداخل الکترومغناطیسی کاهش مییابد و سر و صدای حاصل از سیستمهای پیشرانه پیشرفته وسایل نقلیه الکتریکی به وضوح کمتر است. این امر به معنای نتایج تشخیصی بهتر در تصویربرداری پزشکی و در عین حال سفری بیصدا برای مسافران است، بدون اینکه هیچ کاهشی در خروجی توان رخ دهد.
EN
