Vòng bi gốm nitride silicon giữ ma sát cực thấp ở mức khoảng 0,05 đến 0,15 hệ số ngay cả khi hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao và ứng suất cơ học lớn. Những vòng bi này vượt trội hơn vòng bi thép từ 40 đến 60 phần trăm khi vận tốc vượt quá 20.000 vòng/phút. Liên kết đặc biệt giữa các nguyên tử silicon và nitơ giúp chống lại mài mòn do giãn nở nhiệt, nhờ đó vòng bi có thể vận hành ổn định trên 800 độ C mà không bị phá hủy. Nhờ độ ổn định này, các máy sử dụng chúng thực tế tiêu thụ ít hơn từ 12 đến 18 phần trăm năng lượng trong các ứng dụng trục chính chính xác. Hơn nữa, không có nguy cơ xảy ra hiện tượng hàn vi khi tải trọng thay đổi đột ngột. Điều này xảy ra vì vật liệu tự bôi trơn và ít phản ứng với các bề mặt khác, làm cho nó lý tưởng cho các môi trường công nghiệp đòi hỏi cao nơi độ tin cậy là yếu tố quan trọng nhất.
Khi máy móc quay nhanh hơn 250.000 vòng/phút, một điều thú vị xảy ra với các lớp màng dầu trong các ổ bi kim loại thông thường. Lực ly tâm sẽ phá vỡ hoàn toàn các lớp màng này, gây ra tiếp xúc trực tiếp giữa các bề mặt kim loại, làm mài mòn nhanh chóng mọi bộ phận. Đây chính là nơi mà gốm silicon nitride thực sự vượt trội nhờ ba ưu điểm chính kết hợp với nhau. Thứ nhất, bề mặt của chúng hấp thụ chất bôi trơn tốt hơn khoảng ba lần so với thép thông thường. Thứ hai, vật liệu này chịu nhiệt tốt hơn nhiều, giúp dầu không bị phân hủy ngay cả khi nhiệt độ tăng vượt quá 120 độ C. Và thứ ba, chúng cứng hơn đáng kể so với thép, với mô đun đàn hồi cao hơn khoảng 50%, do đó các rãnh lăn của ổ bi không bị biến dạng dưới tác động của lực. Tổng hợp lại, những đặc tính này giúp duy trì một lớp màng bôi trơn cực mỏng, đôi khi chỉ dày khoảng 0,1 micromet. Đối với những ai vận hành các trung tâm gia công tốc độ cao, điều này có nghĩa là trục chính có thể hoạt động liên tục gần 18.000 giờ trước khi cần bảo trì. Con số này dài gấp khoảng ba lần so với tuổi thọ của các ổ bi thép truyền thống trong điều kiện tương tự.
Vòng bi gốm nitride silicon mang lại khả năng chống mài mòn vượt trội vì chúng kết hợp nhiều tính chất quan trọng cùng lúc. Những tính chất này bao gồm độ cứng ấn tượng trên mức HV 1500, độ dẻo dai chống nứt khoảng 6 đến 7 MPa căn bậc hai của m, cùng khả năng chống oxy hóa xuất sắc ngay cả khi nhiệt độ lên tới 1000 độ C. Độ cứng giúp ngăn ngừa sự mài mòn và hư hại bề mặt, trong khi độ dẻo dai chống nứt ngăn chặn các vết nứt lan rộng khi chịu ứng suất lặp lại hoặc va chạm đột ngột. Khả năng chống oxy hóa giữ cho bề mặt nguyên vẹn trong điều kiện khắc nghiệt nơi có cả nhiệt độ cao và hóa chất. Sự kết hợp này khiến chúng hoạt động rất hiệu quả trong các thiết bị xử lý hóa chất và lò công nghiệp, nơi mà các vòng bi kim loại truyền thống đơn giản là không thể tồn tại lâu trước khi bị hỏng. Các thử nghiệm thực tế cho thấy những vòng bi gốm này chịu mài mòn ít hơn khoảng 60 phần trăm so với các loại vòng bi thép tiêu chuẩn, đồng nghĩa với việc kéo dài thời gian giữa các lần bảo trì và giảm thiểu tình trạng ngừng hoạt động bất ngờ trong các dây chuyền sản xuất.
Vòng bi gốm Si3N4 có thể có giá ban đầu cao hơn so với các lựa chọn truyền thống, nhưng chúng kéo dài thời gian sử dụng gấp ba lần trong các trục chính xác và hệ thống dẫn động, từ đó mang lại khoản tiết kiệm thực tế theo thời gian. Điều gì làm nên sự vượt trội của loại gốm này? Chúng cực kỳ cứng, chống nứt dưới tác động lực và chịu nhiệt tốt hơn thép khi quay ở tốc độ vòng/phút cao như trong các thiết bị hiện đại ngày nay. Sự kết hợp này về cơ bản ngăn chặn tình trạng mài mòn thường khiến vòng bi kim loại hỏng trước thời hạn hàng tháng trời. Các đội bảo trì báo cáo số lần ngừng hoạt động do hỏng hóc giảm và tần suất thay thế ít đi, điều này tích lũy thành khoản giảm chi phí đáng kể qua các chu kỳ sản xuất.
Trong suốt chu kỳ sử dụng thiết bị tiêu chuẩn năm năm, các cơ sở tiết kiệm được 55–70% tổng chi phí sở hữu—giúp Si₃N₄ trở thành khoản đầu tư chiến lược cho các hoạt động đề cao độ tin cậy, thời gian vận hành ổn định và ngân sách bảo trì tối ưu.
Vòng bi gốm làm từ silicon nitride (Si3N4) đã trở thành yếu tố thiết yếu trong các ứng dụng tuabin hàng không vũ trụ như bộ phận phụ trợ động cơ phản lực và bơm nhiên liệu tên lửa. Những vòng bi này có thể chịu được tốc độ vượt quá 250 nghìn vòng/phút trong môi trường chân không, nơi mà vòng bi thép truyền thống thất bại do hiện tượng hàn nguội. Việc chúng không phải là kim loại đồng nghĩa với việc không xảy ra hiện tượng dính kim loại vào kim loại. Ngoài ra, các vật liệu này duy trì hình dạng ngay cả khi tiếp xúc với nhiệt độ cực cao trên 1200 độ C, giúp mọi thứ vận hành trơn tru. Với khối lượng nhẹ hơn khoảng 40% so với loại bằng thép tương ứng, khối lượng giảm này làm giảm đáng kể lực ly tâm tác động lên các bộ phận. Điều này giúp ngăn ngừa biến dạng bộ phận và duy trì hành vi rotor phù hợp, điều hết sức quan trọng cho các sứ mệnh thành công trong không gian hoặc hoạt động ở độ cao lớn.
Vòng bi nitride silicon (Si3N4) trong máy MRI và CT giúp giảm thiểu hiện tượng méo hình ảnh do rung động gây ra, nhờ vào tính chất vật liệu ổn định và bề mặt cực kỳ nhẵn với độ nhám nhỏ hơn 0,05 micromet. Những vòng bi này quay trơn tru và êm ái hơn nhiều so với các loại vòng bi kim loại truyền thống. Một lợi ích lớn khác? Chúng cách điện, do đó ngăn chặn dòng xoáy gây rối loạn từ trường. Ngoài ra, khả năng cách điện này còn bảo vệ động cơ xe điện khỏi các vấn đề ăn mòn điện phân do dòng điện rò gây ra. Tuổi thọ của các bộ phận kéo dài khoảng ba lần khi sử dụng những vòng bi này. Hiện tượng nhiễu điện từ cũng được kìm hãm, đồng thời tiếng ồn phát ra từ hệ truyền động xe điện cao cấp giảm rõ rệt. Điều này có nghĩa là kết quả chẩn đoán hình ảnh y tế được cải thiện trong khi hành khách tận hưởng chuyến đi yên tĩnh hơn, tất cả mà không làm giảm đầu ra công suất.
EN
