Керамические подшипники

Керамика – это семейство неорганических материалов, обогащенных разнообразными добавками, которые претерпевают процессы формования и спекания в ходе обработки. Эти методы обработки, с которыми человечество ознакомилось еще в древности, продолжают оставаться актуальными и в нашу эпоху. Современные керамические изделия строятся на основе материалов, таких как кремниевые нитриды, карбиды, оксиды алюминия и циркония.

Химический состав этих изделий придает им следующие уникальные характеристики:

• высокая твердость;
• повышенная жесткость;
• низкий коэффициент трения;
• легкий вес;
• отсутствие электропроводности;
• устойчивость к износу;
• отсутствие магнитных свойств.

Современные технологии позволяют создавать керамические детали с высокой точностью. Тем не менее, несмотря на это, керамика до сих пор уступает стали по ряду параметров. Основные ограничения этого материала, такие как хрупкость, высокая стоимость и недостаточная прочность, пока еще остаются неразрешенными. Однако многочисленные преимущества керамических материалов успешно позволяют применять их для создания специализированных деталей, включая скользящие и качающие подшипники.

Один из таких видов деталей – это подшипники качения, изготовленные из керамики. Эти подшипники включают следующие составляющие:

• верхнее и нижнее кольца;
• качающиеся элементы, размещенные между кольцами;
• сепаратор, который обеспечивает правильное распределение качающихся элементов.

Качающиеся элементы и кольца могут быть изготовлены из керамики, либо только элементы (ролики или шарики), а кольца – из металла. Гибридные модели используют керамику только для качающихся деталей.

Сепараторы керамических подшипников, как правило, создаются из износостойкого пластика высокой прочности. Однако китайские производители чаще предпочитают металлические варианты.

Уникальные характеристики керамических подшипников с пластиковыми сепараторами включают:

• электроизоляционные свойства;
• отсутствие магнитных характеристик;
• сохранение размеров при изменении температуры;
• долгий срок службы;
• эффективная работа при высоких скоростях;
• низкий вес;
• устойчивость к агрессивным средам;
• применимость в пищевой промышленности;
• возможность работы без смазки при определенных условиях;
• тихая работа;
• минимальный нагрев;
• уменьшенное трение;
• работа в широком диапазоне температур.

Преимущества и недостатки

Керамика обладает более высокой твердостью по сравнению с металлом, делая керамические подшипники более долговечными в сравнении со своими металлическими аналогами. Гладкость поверхностей керамических элементов и колец способствует снижению трения и выделению тепла. Среди преимуществ изделий из этого материала также выделяются стабильные габариты, легкий вес, электроизоляционные свойства, низкая теплопроводность (в 5 раз ниже, чем у металла).

Большинство из перечисленных преимуществ (за исключением магнитной инертности и химической стойкости) также применимы к гибридным вариантам.

Основным недостатком керамических подшипников является ограниченный ассортимент. Однако в последние годы ассортимент моделей из керамики стремительно расширяется, что уменьшает значимость данного ограничения.

К числу недостатков также можно добавить более высокую хрупкость и меньшую прочность по сравнению с металлами. Также следует отметить, что стоимость таких изделий выше. Однако этот недостаток можно смягчить, обращая внимание на гибридные конструкции.

Керамические подшипники находят применение в различных изделиях и отраслях:

• электролизные ванны;
• химическое машиностроение;
• насосы;
• турбины;
• вакуумная техника;
• медицинская аппаратура;
• приборы и оборудование, используемые в пищевой промышленности;
• оборудование для чистых помещений;
• транспортные средства;
• генераторы и электромоторы.

Производители

Изготовлением керамических подшипников занимаются такие компании, как Boca Bearing, SKF, FYH, VKE, Koyo. Японская фирма FYH предлагает на рынке высокотемпературные гибридные подшипники.

Американский бренд Boca Bearing предоставляет широкий выбор роликовых и шариковых подшипников. Для производства используются оксиды алюминия, циркония, кремниевые карбиды и нитриды. Компания также предлагает гибридные варианты. Например, маленькие и легкие подшипники Ceramic Orange ABEC 7 Seal способствуют беспрепятственному вращению спиннинговых катушек и предотвращению вибраций. Boca Bearing также специализируется на керамических моделях для упаковочной техники и гибридных изделиях для систем очистки.

Компания SKF выпускает следующие типы подшипников:

• гибридные однорядные радиальные шариковые подшипники;
• гибридные однорядные роликовые подшипники с цилиндрическими роликами;
• гибридные прецизионные радиально-упорные подшипники;
• гибридные прецизионные цилиндрические роликовые подшипники;
• гибридные шариковые подшипники с нержавеющими обоймами;
• гибридные радиально-упорные изделия.

Продукция организации Koyo

Обширный ассортимент цельнокерамических и гибридных моделей представлен на рынке японским производителем Koyo. Эта организация разрабатывает и выпускает инновационные высокотемпературные гибридные шарикоподшипники с однорядной конструкцией. В этих инженерных решениях кольца изготавливаются из высокопрочной стали, а шарики создаются из нитрида кремния, обеспечивая оптимальные свойства для работы в экстремальных условиях. Также для эффективной работы сепараторы выполнены из графита. Эти продвинутые подшипники идеально подходят для валов диаметром от 6 до 40 мм. Но организация не останавливается на этом, предлагая полнокерамические радиально-упорные шарикоподшипники, изготовленные из нитрида кремния и способные работать в диапазоне температур от - 200 до + 800°С.

Кроме высокотемпературных решений, японская компания Koyo предоставляет гибридные шарикоподшипники, обладающие стойкостью к коррозии и подходящие для эксплуатации в широком температурном диапазоне от - 100 до + 200°С, в том числе в условиях вакуума. Эти технические решения имеют кольца из стали, а сепараторы и шарики изготовлены из фторуглеродного пластика, обеспечивая надежную работу в разнообразных средах. Помимо этого, компания предлагает немагнитные гибридные подшипники, подшипники высокой скорости и гибридные решения для промышленных роботов.

Керамические подшипники скольжения

Среди инновационных продуктов Koyo также присутствуют металлокерамические втулки, в которых сочетаются порошковая бронза, сталь или железо, а также графит. Процесс их изготовления включает прессование материала под высоким давлением и последующее спекание при повышенных температурах. Уникальная пористая структура способствует быстрому впитыванию и удержанию смазки, а добавление графита снижает коэффициент трения, обеспечивая более эффективное функционирование.

Также разнообразие композиций материалов от Koyo включает ПА-БрОГр2, содержащую медь, олово и графит, обеспечивающую бесшумную и устойчивую работу в различных областях: от сельскохозяйственных механизмов до автомобильных двигателей.

Вкладыши, изготовленные из ПА-БрОХН (с добавлением меди, олова, хрома и никеля), отличаются высокой твердостью и применяются в механизмах кораблей, станках и автомобилях.

Композиция ПА-ДГр10 идеально подходит для деталей, функционирующих без смазки, и используется в насосах и разнообразных приборах. Керамические подшипники скольжения на основе железа и графита находят широкое применение в сельскохозяйственной технике, станках и автомобилях.