ตลับลูกปืนเซรามิกไนไตรด์ซิลิคอนช่วยลดแรงเสียดทานได้อย่างมาก อยู่ที่ประมาณ 0.05 ถึง 0.15 สัมประสิทธิ์ แม้จะเผชิญกับความร้อนสูงและแรงเครียดทางกลอย่างรุนแรง ตลับลูกปืนเหล่านี้เหนือกว่าแบบเหล็กถึง 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อความเร็วเกิน 20,000 รอบต่อนาที พันธะพิเศษระหว่างอะตอมของซิลิคอนและไนโตรเจนช่วยต้านทานการสึกหรอที่เกิดจากการขยายตัวจากความร้อน ทำให้ตลับลูกปืนเหล่านี้ยังคงทำงานได้อย่างราบรื่นเกินอุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียสโดยไม่เสื่อมสภาพ เนื่องจากความเสถียรนี้ เครื่องจักรที่ใช้จึงประหยัดพลังงานได้มากขึ้น 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ในแอปพลิเคชันแกนหมุนความแม่นยำ นอกจากนี้ ยังไม่มีความเสี่ยงของการเกิดไมโครเวลดิงเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน เนื่องจากวัสดุมีคุณสมบัติหล่อลื่นตัวเองตามธรรมชาติ และไม่ค่อยเกิดปฏิกิริยากับพื้นผิวอื่น ทำให้เหมาะอย่างยิ่งกับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงสุด
เมื่อเครื่องจักรหมุนเร็วกว่า 250,000 รอบต่อนาที สิ่งที่น่าสนใจจะเกิดขึ้นกับฟิลมน้ำมันหล่อลื่นในตลับลูกปืนโลหะทั่วไป แรงเหวี่ยงจะทำลายฟิลมนั้นจนส่งผลให้โลหะสัมผัสกันโดยตรง ซึ่งทำให้ชิ้นส่วนสึกหรออย่างรวดเร็ว นี่คือจุดที่เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์แสดงศักยภาพได้อย่างโดดเด่น เนื่องจากมีข้อได้เปรียบหลักสามประการที่ทำงานร่วมกัน ประการแรก พื้นผิวของวัสดุชนิดนี้สามารถดูดซับสารหล่อลื่นได้ดีกว่าเหล็กทั่วไปประมาณสามเท่า ประการที่สอง วัสดุเหล่านี้ทนต่อความร้อนได้ดีกว่ามาก ทำให้น้ำมันไม่เสื่อมสภาพแม้อุณหภูมิจะสูงเกิน 120 องศาเซลเซียส ประการที่สาม วัสดุมีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงกว่าประมาณ 50% ทำให้วงแหวนของตลับลูกปืนไม่บิดเบี้ยวภายใต้แรงกด ทั้งหมดนี้รวมกันช่วยรักษารอยบางของสารหล่อลื่นที่บางมาก บางครั้งอาจบางเพียง 0.1 ไมโครเมตร สำหรับผู้ที่ใช้งานเครื่องจักรกลความเร็วสูง หมายความว่าแกนหมุนสามารถทำงานต่อเนื่องได้นานเกือบ 18,000 ชั่วโมงก่อนต้องบำรุงรักษา ซึ่งนานกว่าตลับลูกปืนเหล็กแบบดั้งเดิมประมาณสามเท่าภายใต้สภาวะการทำงานเดียวกัน
ตลับลูกปืนเซรามิกไนไตรด์ซิลิคอนมีความต้านทานการสึกหรอได้อย่างยอดเยี่ยม เนื่องจากมีคุณสมบัติหลักหลายประการรวมกัน ได้แก่ ความแข็งแรงสูงเกินกว่า HV 1500 ความเหนียวต่อการแตกหักอยู่ที่ประมาณ 6 ถึง 7 MPa m รากที่สอง และความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันได้อย่างดีเยี่ยม แม้อุณหภูมิจะสูงถึง 1000 องศาเซลเซียส ความแข็งแรงช่วยป้องกันการขูดขีดและความเสียหายของผิว ส่วนความเหนียวต่อการแตกหักช่วยหยุดการขยายตัวของรอยแตกเมื่อเกิดแรงเครียดซ้ำๆ หรือแรงกระแทกอย่างฉับพลัน ขณะที่การต้านทานการออกซิเดชันช่วยรักษาสภาพผิวให้คงทนในสภาวะแวดล้อมที่รุนแรงที่มีทั้งความร้อนและสารเคมี คุณสมบัติรวมเหล่านี้ทำให้ตลับลูกปืนชนิดนี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงในอุปกรณ์การผลิตเคมีและเตาอุตสาหกรรม ซึ่งตลับลูกปืนโลหะทั่วไปไม่สามารถใช้งานได้นานก่อนจะเกิดความเสียหาย การทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่า ตลับลูกปืนเซรามิกเหล่านี้มีการสึกหรอประมาณน้อยลง 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับทางเลือกแบบเหล็กมาตรฐาน หมายความว่าช่วงเวลาการบำรุงรักษานานขึ้น และลดการหยุดทำงานกะทันหันในกระบวนการผลิต
ตลับลูกปืนเซรามิก Si3N4 อาจมีราคาเริ่มต้นสูงกว่าทางเลือกแบบดั้งเดิม แต่กลับมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าถึงสามเท่าในแอปพลิเคชันสปินเดิลความแม่นยำและระบบขับเคลื่อนแนวแกน ซึ่งหมายถึงการประหยัดต้นทุนอย่างแท้จริงในระยะยาว สิ่งใดที่ทำให้เซรามิกเหล่านี้โดดเด่น? วัสดุเหล่านี้มีความแข็งสูงมาก ทนต่อการแตกร้าวภายใต้แรงกด และสามารถทนความร้อนได้ดีกว่าเหล็กอย่างมากเมื่อหมุนที่รอบต่อนาที (RPM) สูงตามที่เราพบในเครื่องจักรสมัยใหม่ คุณสมบัติที่รวมกันนี้แทบจะหยุดยั้งการสึกหรอที่มักทำให้ตลับลูกปืนโลหะเสียหายก่อนกำหนดหลายเดือน ทีมงานบำรุงรักษารายงานว่าความผิดพลาดลดลงและการเปลี่ยนอะไหล่เกิดขึ้นน้อยลง ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนโดยรวมลดลงอย่างมีนัยสำคัญตลอดวงจรการผลิต
ตลอดอายุการใช้งานอุปกรณ์มาตรฐานห้าปี สถานที่ต่างๆ จะได้รับการลดต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของลง 55–70% ทำให้ Si₃N₄ เป็นการลงทุนเชิงกลยุทธ์สำหรับการดำเนินงานที่ให้ความสำคัญกับความน่าเชื่อถือ เวลาทำงานต่อเนื่อง และงบประมาณการบำรุงรักษาที่มีประสิทธิภาพ
แบริ่งเซรามิกที่ผลิตจากซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) ได้กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญในเครื่องจักรยนต์เทอร์โบสำหรับการบินและอวกาศ เช่น อุปกรณ์เสริมของเครื่องยนต์เจ็ท และปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงจรวด แบริ่งเหล่านี้สามารถทำงานที่ความเร็วเกิน 250,000 รอบต่อนาที ในสภาพสุญญากาศ ซึ่งแบริ่งเหล็กแบบดั้งเดิมจะล้มเหลวเนื่องจากปัญหาการเย็นตัวจนเกิดการเชื่อมติดกันเอง (cold welding) ข้อดีคือ วัสดุที่ไม่ใช่โลหะทำให้ไม่เกิดปัญหาการติดกันระหว่างผิวโลหะ นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้ยังคงรูปร่างไว้ได้แม้สัมผัสกับความร้อนสุดขั้วที่สูงกว่า 1200 องศาเซลเซียส ช่วยให้ระบบทำงานได้อย่างราบรื่น มีน้ำหนักเบากว่าแบริ่งเหล็กประมาณ 40% ทำให้มวลลดลงอย่างมาก ส่งผลให้แรงเหวี่ยงที่กระทำต่อชิ้นส่วนลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยป้องกันการบิดงอของชิ้นส่วนและรักษารูปแบบการหมุนของโรเตอร์ให้คงที่ ซึ่งถือเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อภารกิจที่ประสบความสำเร็จในอวกาศหรือการปฏิบัติการที่ระดับความสูงมาก
ตลับลูกปืนซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) ที่ใช้ในเครื่อง MRI และ CT ช่วยลดการบิดเบือนของภาพที่เกิดจากแรงสั่นสะเทือนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่สม่ำเสมอและพื้นผิวที่เรียบมาก โดยมีความหยาบต่ำกว่า 0.05 ไมครอน ทำให้การหมุนของตลับลูกปืนเหล่านี้เรียบและเงียบกว่าทางเลือกแบบโลหะทั่วไปอย่างชัดเจน อีกหนึ่งข้อได้เปรียบที่สำคัญคือ วัสดุดังกล่าวเป็นฉนวนไฟฟ้า จึงช่วยป้องกันกระแสวน (eddy currents) ที่อาจรบกวนสนามแม่เหล็กได้ นอกจากนี้ คุณสมบัติเป็นฉนวนยังช่วยปกป้องมอเตอร์ในรถยนต์ไฟฟ้าจากการกัดกร่อนแบบอิเล็กโทรไลซิสที่เกิดจากกระแสไฟฟ้ารั่ว ชิ้นส่วนต่างๆ มีอายุการใช้งานนานขึ้นประมาณสามเท่าเมื่อใช้ตลับลูกปืนประเภทนี้ ยังช่วยลดปัญหาการรบกวนสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic interference) และลดเสียงรบกวนจากระบบขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้าระดับพรีเมียมได้อย่างชัดเจน ส่งผลให้การถ่ายภาพทางการแพทย์มีความแม่นยำดียิ่งขึ้น ในขณะที่ผู้โดยสารได้รับประสบการณ์การเดินทางที่เงียบสงบมากขึ้น โดยไม่สูญเสียสมรรถนะด้านกำลังขับ
EN
