Łożyska ceramiczne z azotku krzemu utrzymują bardzo niskie tarcie, na poziomie około 0,05–0,15 współczynnika, nawet pod wpływem intensywnego ciepła i naprężeń mechanicznych. Te łożyska są lepsze od stalowych o około 40–60 procent przy prędkościach powyżej 20 000 obr./min. Specjalne wiązanie między atomami krzemu i azotu pomaga zapobiegać zużyciu spowodowanemu rozszerzalnością termiczną, dzięki czemu łożyska mogą pracować bezawaryjnie powyżej 800 stopni Celsjusza bez degradacji. Dzięki tej stabilności maszyny wykorzystujące te łożyska zużywają o 12–18 procent mniej energii w precyzyjnych zastosowaniach wrzecion. Co więcej, nie występuje ryzyko mikrospawania podczas nagłych zmian obciążenia. Dzieje się tak, ponieważ materiał samosmaruje się i słabo reaguje z innymi powierzchniami, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla wymagających środowisk przemysłowych, gdzie najważniejsza jest niezawodność.
Gdy maszyny wirują szybciej niż 250 000 RPM, w warstwach olejowych w standardowych łożyskach metalowych zachodzi ciekawy efekt. Siła odśrodkowa po prostu je przebija, powodując bezpośredni kontakt metalu z metalem, który szybko prowadzi do zużycia wszystkich elementów. Właśnie w takich przypadkach azotek krzemu wykazuje swoje atuty, łącząc trzy główne zalety. Po pierwsze, jego powierzchnia przyciąga środki smarne około trzy razy lepiej niż zwykła stal. Po drugie, ten materiał znacznie lepiej wytrzymuje wysokie temperatury, zapobiegając rozkładowi olejów nawet przy temperaturach przekraczających 120 stopni Celsjusza. Po trzecie, jest znacznie sztywniejszy od stali – jego moduł sprężystości jest o około 50% wyższy, więc bieżnie łożysk nie ulegają odkształceniom pod wpływem naprężeń. Te właściwości razem pozwalają utrzymać niesamowicie cienką warstwę smaru, czasem o grubości zaledwie 0,1 mikrometra. Dla użytkowników centrów obróbczych pracujących z dużą prędkością oznacza to, że wrzeciona mogą pracować bez przerwy przez prawie 18 000 godzin przed koniecznością konserwacji. To około trzy razy dłużej niż w przypadku tradycyjnych łożysk stalowych eksploatowanych w podobnych warunkach.
Łożyska ceramiczne z azotku krzemu oferują wyjątkową odporność na zużycie, ponieważ łączą w sobie kilka kluczowych właściwości jednocześnie. Obejmują one imponującą twardość powyżej HV 1500, dobrą odporność na pękanie w zakresie 6–7 MPa·√m oraz doskonałą odporność na utlenianie nawet przy temperaturach dochodzących do 1000 stopni Celsjusza. Twardość pomaga zapobiegać ścieraniu i uszkodzeniom powierzchni, podczas gdy odporność na pękanie uniemożliwia rozprzestrzenianie się rys pod wpływem powtarzalnych naprężeń lub nagłych uderzeń. Odporność na utlenianie chroni powierzchnie w trudnych warunkach, w których występują zarówno wysokie temperatury, jak i działanie chemikaliów. To połączenie sprawia, że świetnie sprawdzają się w urządzeniach do przetwarzania chemicznego czy przemysłowych piecach, gdzie tradycyjne łożyska metalowe nie potrafią długo wytrzymać przed awarią. Testy rzeczywiste wykazują, że te łożyska ceramiczne wykazują około 60 procent mniejsze zużycie niż standardowe stalowe odpowiedniki, co oznacza dłuższe okresy między przeglądami konserwacyjnymi i mniej przypadkowych przestojów w produkcji.
Łożyska ceramiczne Si3N4 mogą mieć wyższą cenę początkową w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami, ale są trzy razy bardziej trwałe w zastosowaniach precyzyjnych wrzecion i napędów posuwu, co oznacza rzeczywiste oszczędności w dłuższym okresie. Co czyni te ceramiki wyjątkowymi? Są niezwykle twarde, odporne na pęknięcia pod wpływem obciążeń i znacznie lepiej wytrzymują temperatury niż stal przy wysokich prędkościach obrotowych występujących w nowoczesnych maszynach. Ten kompleksowy efekt zapobiega zużyciu i uszkodzeniom, które zazwyczaj powodują przedwczesną awarię metalowych łożysk miesiąc wcześniej. Zespoły konserwacyjne zgłaszają mniej przestojów i rzadsze wymiany, co przekłada się na znaczne obniżenie kosztów w cyklach produkcyjnych.
W trakcie standardowego pięcioletniego cyklu życia sprzętu zakłady osiągają redukcję całkowitych kosztów posiadania o 55–70% – co czyni Si₃N₄ strategicznym inwestycją dla działów, które priorytetowo traktują niezawodność, czas pracy i ograniczone budżety na konserwację.
Łożyska ceramiczne wykonane z azotku krzemu (Si3N4) stały się niezbędne w zastosowaniach turbinowych w przemyśle lotniczym, takich jak pomocnicze układy silników odrzutowych i pompy paliwa dla rakiet. Łożyska te wytrzymują prędkości znacznie przekraczające 250 tys. obrotów na minutę w warunkach próżni, w których tradycyjne łożyska stalowe ulegają awarii z powodu zjawiska zimnego spawania. Fakt, że nie są metalowe, oznacza brak problemów z przyleganiem metalu do metalu. Ponadto materiały te zachowują swój kształt nawet pod wpływem skrajnych temperatur powyżej 1200 stopni Celsjusza, co zapewnia płynną pracę urządzeń. Ważą one około 40% mniej niż odpowiedniki stalowe, a mniejsza masa znacząco redukuje siły odśrodkowe działające na komponenty. To z kolei pomaga zapobiegać odkształceniom elementów i utrzymuje prawidłowe zachowanie wirnika, co jest absolutnie kluczowe dla sukcesu misji kosmicznych lub operacji na dużych wysokościach.
Łożyska azotku krzemu (Si3N4) w maszynach MRI i CT pomagają zmniejszyć zniekształcenia obrazu spowodowane wibracjami dzięki jednolitym właściwościom materiału oraz wyjątkowo gładkim powierzchniom o chropowatości mniejszej niż 0,05 mikrometra. Te łożyska obracają się znacznie płynniej i cichiej w porównaniu z tradycyjnymi metalowymi rozwiązaniami. Kolejną dużą zaletą jest ich izolacyjność elektryczna, która zapobiega powstawaniu niechcianych prądów wirowych zakłócających pole magnetyczne. Dodatkowo ta izolacja chroni silniki pojazdów elektrycznych przed korozją elektrolityczną wywoływaną prądami upływowymi. Komponenty trwają około trzy razy dłużej, gdy stosuje się te łożyska. Supresja zakłóceń elektromagnetycznych również ma miejsce, a hałas pochodzący z napędów wysokoprężnych pojazdów elektrycznych jest wyraźnie mniejszy. Oznacza to lepsze wyniki diagnostyczne w obrazowaniu medycznym, podczas gdy pasażerowie cieszą się cichszym przejazdem, wszystko bez utraty mocy.
EN
