Керамические подшипники из нитрида кремния обеспечивают очень низкое трение — коэффициент составляет около 0,05–0,15, даже при экстремальных температурах и механических нагрузках. Эти подшипники превосходят стальные на 40–60 процентов при скоростях свыше 20 000 об/мин. Специальная связь между атомами кремния и азота помогает противостоять износу, вызванному тепловым расширением, поэтому такие подшипники могут продолжать плавно работать при температурах выше 800 градусов Цельсия, не разрушаясь. Благодаря этой стабильности машины, в которых они используются, потребляют на 12–18 процентов меньше энергии в прецизионных шпиндельных применениях. Кроме того, отсутствует риск микросваривания при резких изменениях нагрузки. Это происходит потому, что материал обладает естественной смазывающей способностью и слабо реагирует с другими поверхностями, что делает его идеальным для требовательных промышленных условий, где особенно важна надёжность.
Когда машины вращаются быстрее 250 000 об/мин, в масляных плёнках обычных металлических подшипников происходит интересное явление. Центробежная сила буквально разрушает эти плёнки, вызывая прямой контакт металла с металлом, что быстро приводит к износу всех компонентов. Здесь особенно хорошо зарекомендовали себя керамические материалы на основе нитрида кремния, поскольку они обладают тремя основными преимуществами, дополняющими друг друга. Во-первых, их поверхности притягивают смазочные материалы примерно в три раза лучше, чем обычная сталь. Во-вторых, эти материалы гораздо лучше выдерживают высокие температуры, предотвращая разложение масел даже при нагреве выше 120 градусов Цельсия. И в-третьих, они значительно прочнее стали — модуль упругости у них примерно на 50 % выше, поэтому дорожки качения подшипников не деформируются под нагрузкой. В совокупности эти свойства позволяют сохранять чрезвычайно тонкую плёнку смазки, толщина которой иногда составляет всего 0,1 микрометр. Для пользователей высокоскоростных станков с ЧПУ это означает, что шпиндели могут работать непрерывно почти 18 000 часов до необходимости технического обслуживания. Это примерно в три раза дольше, чем срок службы традиционных стальных подшипников в аналогичных условиях.
Керамические подшипники из нитрида кремния обладают исключительной износостойкостью, поскольку сочетают в себе сразу несколько ключевых свойств. К ним относятся высокая твёрдость выше HV 1500, хорошая вязкость разрушения около 6–7 МПа·√м, а также выдающаяся устойчивость к окислению даже при температурах до 1000 градусов Цельсия. Высокая твёрдость помогает предотвратить абразивный износ и повреждение поверхности, а вязкость разрушения не даёт трещинам распространяться при циклических нагрузках или внезапных ударах. Сопротивление окислению сохраняет целостность поверхностей в агрессивных условиях, где присутствуют как высокая температура, так и химические вещества. Это сочетание делает их особенно эффективными в таких областях, как оборудование для химической переработки и промышленные печи, где традиционные металлические подшипники просто не могут долго работать перед выходом из строя. Испытания в реальных условиях показывают, что износ этих керамических подшипников примерно на 60 процентов меньше, чем у стандартных стальных аналогов, что позволяет увеличить интервалы между техническим обслуживанием и сократить количество незапланированных остановок производственных процессов.
Керамические подшипники Si3N4 могут иметь более высокую начальную стоимость по сравнению с традиционными вариантами, но они служат в три раза дольше в прецизионных шпинделях и применении в приводах подачи, что означает реальную экономию с течением времени. Что делает эти керамические материалы выдающимися? Они чрезвычайно тверды, устойчивы к растрескиванию под нагрузкой и намного лучше выдерживают тепло по сравнению со сталью при вращении на высоких оборотах, характерных для современных машин. Это сочетание практически предотвращает износ и повреждения, которые обычно выводят металлические подшипники из строя задолго до срока. Группы технического обслуживания отмечают меньшее количество поломок и менее частую замену, что в совокупности приводит к значительному снижению затрат в течение производственных циклов.
За стандартный пятилетний срок эксплуатации оборудования предприятия достигают снижения совокупной стоимости владения на 55–70 %, что делает Si₃N₄ стратегической инвестицией для предприятий, уделяющих приоритетное внимание надёжности, времени безотказной работы и экономии на обслуживании.
Керамические подшипники из нитрида кремния (Si3N4) стали незаменимыми в авиационно-космической технике, например, в системах вспомогательных газотурбинных двигателей и насосах подачи топлива для ракет. Эти подшипники способны работать на скоростях свыше 250 тысяч об/мин в вакууме, где традиционные стальные подшипники выходят из строя из-за холодной сварки. Отсутствие металлической основы устраняет проблему прилипания поверхностей металл-к-металлу. Кроме того, такие материалы сохраняют форму даже при экстремальных температурах выше 1200 градусов Цельсия, что обеспечивает стабильную работу. Масса этих подшипников примерно на 40 % меньше, чем у стальных аналогов, что значительно снижает центробежные нагрузки на компоненты. Это помогает предотвратить деформацию деталей и сохраняет правильное поведение ротора, что крайне важно для успешного выполнения космических миссий или полетов на большой высоте.
Подшипники из нитрида кремния (Si3N4) в МРТ и КТ-аппаратах помогают уменьшить искажение изображений, вызванное вибрациями, благодаря стабильным свойствам материала и чрезвычайно гладким поверхностям с шероховатостью менее 0,05 микрометра. Эти подшипники вращаются значительно плавнее и тише по сравнению с традиционными металлическими вариантами. Другое важное преимущество — они электрически изолируют, предотвращая возникновение вихревых токов, которые могут нарушать магнитные поля. Кроме того, такая изоляция защищает двигатели электромобилей от электрохимической коррозии, вызванной блуждающими токами. Срок службы компонентов увеличивается примерно в три раза при использовании таких подшипников. Также подавляются электромагнитные помехи и заметно снижается уровень шума в приводах высококлассных электромобилей. Это означает более точные результаты диагностики в медицинской визуализации, а пассажиры при этом наслаждаются более тихой ездой, без потери выходной мощности.
EN
