A szilícium-nitrid kerámia csapágyak nagyon alacsony súrlódást biztosítanak, körülbelül 0,05 és 0,15 közötti súrlódási együtthatóval, még extrém hőterhelés és mechanikai igénybevétel esetén is. Ezek a csapágyak akár 40–60 százalékkal is felülmúlják az acélcsapágyakat, ha a fordulatszám meghaladja a 20 000-at percenként. A szilícium és nitrogén atomjai közötti különleges kötés ellenáll a hőtágulás okozta kopásnak, így ezek a csapágyak sima üzemben képesek működni 800 °C felett anélkül, hogy tönkremennének. Ennek a stabilitásnak köszönhetően a gépek 12–18 százalékkal kevesebb energiát fogyasztanak pontossági orsóalkalmazásokban. Emellett nincs mikrohegesztés kockázata akkor sem, ha hirtelen megváltoznak a terhelések. Ez azzal magyarázható, hogy az anyag természetes módon kenődik, és minimálisan reagál más felületekkel, így ideális választás olyan igényes ipari környezetekhez, ahol a megbízhatóság a legfontosabb.
Amikor a gépek 250 000 fordulat/perc felett forognak, érdekes dolog történik az olajfilmmel a hagyományos fémbeszállítókban. A centrifugális erő egyszerűen áttör rajtuk, közvetlen fém-fém érintkezést okozva, ami gyorsan elkopasztja az alkatrészeket. Itt válik kiemelkedővé a színes nitrid kerámia, mivel három fő előnye egymással összhangban hat. Először is, felületeik kb. háromszor jobban vonzzák a kenőanyagokat, mint a hagyományos acél. Másodszor, ezek az anyagok sokkal jobban bírják a hőt, megakadályozva az olajok bomlását akkor is, ha a hőmérséklet 120 °C felett emelkedik. Harmadszor pedig lényegesen merevebbek, mint az acél, rugalmassági modulusuk körülbelül 50%-kal magasabb, így a csapágyhorony nem deformálódik terhelés alatt. Mindezek együttesen fenntartanak egy rendkívül vékony kenőfilmet, amely néha mindössze 0,1 mikrométer vastag lehet. A nagysebességű megmunkálóközpontok üzemeltetői számára ez azt jelenti, hogy a tengelyek majdnem 18 000 órán keresztül folyamatosan üzemeltethetők karbantartás nélkül. Ez körülbelül háromszor hosszabb, mint amennyit a hagyományos acélcsapágyak hasonló körülmények között kibírnak.
A szilícium-nitrid kerámia csapágyak kiváló kopásállóságot nyújtanak, mivel több kulcsfontosságú tulajdonságot egyszerre is kombinálnak. Ilyenek például a HV 1500 feletti lenyűgöző keménység, a körülbelül 6–7 MPa·m½-es repedésállóság, valamint a kiváló oxidációs állóság akár 1000 °C-os hőmérsékletig. A keménység megakadályozza a felületi kopást és sérülést, míg a repedésállóság gátolja a repedések terjedését ismételt igénybevétel vagy hirtelen ütés hatására. Az oxidációállóság sértetlenül tartja a felületeket olyan durva körülmények között is, ahol egyaránt jelen van a hő és a vegyi anyagok hatása. Ez a kombináció kiválóan alkalmassá teszi ezeket a csapágyakat például vegyipari berendezésekben és ipari kemencékben történő használatra, ahol a hagyományos fémből készült csapágyak egyszerűen nem bírják huzamosabb ideig, és hamar meghibásodnak. A gyakorlati tesztek azt mutatják, hogy ezek a kerámia csapágyak kb. 60 százalékkal kevesebben kopnak, mint a szokványos acél alternatívák, ami hosszabb karbantartási időközöket és kevesebb váratlan leállást jelent a gyártóüzemek működésében.
A Si3N4 kerámia csapágyak kezdetben magasabb árcédulát viselhetnek a hagyományos megoldásokhoz képest, de precíziós orsókban és előtolóhajtásokban háromszor hosszabb ideig tartanak, ami hosszú távon valódi megtakarítást jelent. Mi teszi őket kiemelkedővé? Rendkívül kemények, ellenállnak a repedésnek terhelés alatt, és sokkal jobban bírják a hőt acélhoz képest azon a magas fordulatszámon, amit a modern gépekben látunk. Ez a kombináció gyakorlatilag megakadályozza azt a kopást és meghibásodást, amely általában hónappal korábban kivonja üzemképtelenné a fémből készült csapágyakat. A karbantartó csapatok kevesebb meghibásodást és ritkább cserét jeleznek, ami összesen jelentős költségcsökkentést eredményez a termelési ciklusok során.
Egy szabványos ötéves berendezési ciklus során a létesítmények 55–70%-os költségcsoökkentést érnek el a teljes tulajdonlási költségekben – ami az Si₃N₄ stratégiai befektetéssé teszi a megbízhatóságot, folyamatos üzemeltetést és alacsony karbantartási költségeket előtérbe helyező vállalatok számára.
A szilícium-nitridből (Si3N4) készült kerámia csapágyak elengedhetetlenek lettek az űrtechnikai turbinaalkalmazásokban, mint például a sugárhajtóművek segédberendezései és az űrrakéták üzemanyagszivattyúi. Ezek a csapágyak akár 250 ezer fordulat per perc feletti sebességeket is képesek elviselni vákuumkörnyezetben, ahol a hagyományos acélcsapágyak a hideghegesztés problémái miatt meghibásodnak. Az, hogy nem fémből készülnek, kiküszöböli a fémből-fémbe ragadás okozta problémákat. Emellett ezek az anyagok alakjukat megőrzik extrém hőmérsékletek, 1200 °C feletti hő hatására is, ami folyamatos, zavartalan működést biztosít. Tömegük körülbelül 40%-kal alacsonyabb az acél csapágyakénál, így a komponensekre ható centrifugális erő jelentősen csökken. Ez segít megelőzni az alkatrészek torzulását, és fenntartja a megfelelő rotorviselkedést, amely elengedhetetlen a sikeres űr- vagy nagy magasságban végzett műveletekhez.
A szilícium-nitrid (Si3N4) csapágyak az MRI- és CT-gépekben hozzájárulnak a képdeformáció csökkentéséhez, amelyet a rezgések okoznak, köszönhetően anyaguk állandó tulajdonságainak és rendkívül sima felületüknek, amelyek 0,05 mikrométernél kisebb érdességűek. Ezek a csapágyak sokkal simábban és csendesebben forognak, mint a hagyományos fémből készültek. Egy további nagy előny? Elektromosan szigetelők, így megakadályozzák a zavaró örvényáramokat, amelyek elrontanák a mágneses mezőket. Emellett ez a szigetelés védi az elektromos járművek motorjait az elektrolitikus korróziótól, amelyet az elszabadult áramok okoznak. A komponensek körülbelül háromszor hosszabb ideig tartanak, ha ezen csapágyakat használnak. Csökkentve van az elektromágneses interferencia, és jelentősen csökken a zaj a magas minőségű elektromos járművek meghajtásánál. Ez pontosabb diagnosztikai eredményeket jelent az orvosi képalkotásban, miközben az utasok csendesebb utazást élvezhetnek, mindezt teljesítményveszteség nélkül.
EN
