Les roulements en céramique de nitrure de silicium maintiennent un frottement très faible, d'environ 0,05 à 0,15 coefficient, même lorsqu'ils sont soumis à des températures élevées et à des contraintes mécaniques intenses. Ces roulements surpassent les roulements en acier de 40 à 60 pour cent dès que les vitesses dépassent 20 000 tr/min. La liaison particulière entre les atomes de silicium et d'azote permet de résister à l'usure causée par la dilatation thermique, ce qui permet à ces roulements de continuer à fonctionner sans se détériorer au-delà de 800 degrés Celsius. Grâce à cette stabilité, les machines qui les utilisent consomment en réalité 12 à 18 pour cent d'énergie en moins dans les applications de broches de précision. De plus, il n'y a aucun risque de soudure microscopique en cas de changement brutal de charge. Ce phénomène est évité car le matériau se lubrifie naturellement et présente une faible réactivité avec d'autres surfaces, ce qui le rend idéal pour les environnements industriels exigeants où la fiabilité est primordiale.
Lorsque les machines tournent à plus de 250 000 tr/min, un phénomène intéressant se produit dans les films d'huile des paliers métalliques classiques. La force centrifuge les traverse brutalement, provoquant un contact métal sur métal direct qui use rapidement l'ensemble. C'est là que les céramiques nitrure de silicium excellent véritablement, grâce à trois avantages principaux agissant conjointement. Premièrement, leurs surfaces attirent effectivement les lubrifiants environ trois fois mieux que l'acier ordinaire. Deuxièmement, ces matériaux supportent bien mieux la chaleur, empêchant les huiles de se dégrader même lorsque la température dépasse 120 degrés Celsius. Troisièmement, ils sont nettement plus rigides que l'acier, avec un module d'élasticité environ 50 % plus élevé, de sorte que les chemins de roulement des paliers ne se déforment pas sous contrainte. Ensemble, ces propriétés permettent de maintenir un film lubrifiant incroyablement fin, parfois épais d'à peine 0,1 micromètre. Pour les exploitants de centres d'usinage à haute vitesse, cela signifie que les broches peuvent fonctionner en continu près de 18 000 heures avant d'avoir besoin d'une maintenance. Cela représente environ trois fois plus longtemps que ce que dureraient des paliers en acier traditionnel dans des conditions similaires.
Les roulements en céramique de nitrure de silicium offrent une résistance exceptionnelle à l'usure car ils combinent plusieurs propriétés clés simultanément. Ces propriétés incluent une dureté impressionnante supérieure à HV 1500, une bonne ténacité à la rupture comprise entre 6 et 7 MPa·m½, ainsi qu'une capacité remarquable à résister à l'oxydation même lorsque les températures atteignent jusqu'à 1000 degrés Celsius. La dureté aide à prévenir l'abrasion et les dommages de surface, tandis que la ténacité à la rupture empêche la propagation des fissures lors de contraintes répétées ou d'impacts soudains. La résistance à l'oxydation maintient les surfaces intactes dans des conditions sévères où chaleur et produits chimiques sont présents. Cette combinaison fait qu'ils fonctionnent très efficacement dans des environnements tels que les équipements de traitement chimique et les fours industriels, là où les roulements métalliques traditionnels ne peuvent tout simplement pas durer longtemps avant de tomber en panne. Des essais en conditions réelles montrent que ces roulements céramiques subissent environ 60 % d'usure en moins que les alternatives standard en acier, ce qui signifie des intervalles plus longs entre les interventions de maintenance et moins d'arrêts inattendus pour les opérations de fabrication.
Les roulements en céramique Si3N4 peuvent avoir un prix d'achat plus élevé comparé aux solutions traditionnelles, mais ils durent trois fois plus longtemps dans les applications de broches de précision et d'entraînements, ce qui se traduit par des économies réelles sur la durée. Qu'est-ce qui distingue ces céramiques ? Elles sont extrêmement dures, résistent à la fissuration sous contrainte et supportent bien mieux la chaleur que l'acier lors de rotations à haute vitesse, comme celles rencontrées dans les machines modernes. Cette combinaison empêche essentiellement l'usure et les dégradations responsables de la défaillance prématurée des roulements métalliques, souvent plusieurs mois avant terme. Les équipes de maintenance constatent moins de pannes et des remplacements moins fréquents, ce qui se traduit par des réductions de coûts significatives au fil des cycles de production.
Sur un cycle de vie standard de cinq ans pour l'équipement, les installations bénéficient d'une réduction de 55 à 70 % du coût total de possession — ce qui fait du Si₃N₄ un investissement stratégique pour les opérations axées sur la fiabilité, la disponibilité et des budgets d'entretien allégés.
Les roulements en céramique fabriqués à partir de nitrure de silicium (Si3N4) sont devenus essentiels dans les applications de turbomachines aérospatiales, comme les équipements auxiliaires des réacteurs et les pompes à carburant des fusées. Ces roulements peuvent supporter des vitesses largement supérieures à 250 000 tr/min dans des environnements sous vide où les roulements traditionnels en acier échouent en raison de problèmes de soudage à froid. Le fait qu'ils ne soient pas métalliques élimine tout risque d'adhérence métal sur métal. De plus, ces matériaux conservent leur forme même lorsqu'ils sont exposés à des températures extrêmes dépassant 1200 degrés Celsius, ce qui permet un fonctionnement régulier. Pesant environ 40 % de moins que leurs homologues en acier, cette masse réduite diminue considérablement les forces centrifuges agissant sur les composants. Cela aide à prévenir la déformation des pièces et maintient un comportement rotor correct, absolument vital pour la réussite des missions spatiales ou en haute altitude.
Les roulements en nitrure de silicium (Si3N4) utilisés dans les appareils d'IRM et de scanner permettent de réduire la distorsion d'image causée par les vibrations, grâce à leurs propriétés matérielles constantes et à leurs surfaces extrêmement lisses, avec une rugosité inférieure à 0,05 micromètre. Ces roulements tournent beaucoup plus doucement et plus silencieusement que les options métalliques traditionnelles. Un autre avantage important ? Ils sont électriquement isolants, ce qui empêche les courants de Foucault gênants de perturber les champs magnétiques. De plus, cet isolement protège les moteurs des véhicules électriques des problèmes de corrosion électrolytique provoqués par les courants parasites. La durée de vie des composants est environ trois fois plus longue lorsqu'on utilise ces roulements. L'interférence électromagnétique est également atténuée, et le bruit émanant des groupes motopropulseurs haut de gamme des véhicules électriques est nettement réduit. Cela se traduit par de meilleurs résultats diagnostiques en imagerie médicale, tandis que les passagers bénéficient d'une conduite plus silencieuse, le tout sans perte de puissance.
EN
