Керамические подшипники

Керамикой называют группу неорганических материалов с различными добавками, которые в процессе обработки подвергают процессам формования и спекания. Эти материалы люди научились получать еще в древности. Не утрачивает они своей популярности и в наши дни. Современные керамические изделия изготавливают на основе кремниевых нитридов, а также карбидов, оксидов алюминия или циркония.

Особый химический состав этих изделий наделяет их следующими уникальными свойствами:

• высочайшая твердость;
• повышенная жесткость;
• уменьшенный коэффициент трения;
• малый вес;
• неспособность проводить ток;
• износостойкость;
• немагнитность.

Возможности новейших технологий делают возможным получение высокоточных керамических деталей. Однако по ряду параметров керамика по-прежнему уступает стали. Эти ключевые недостатки данного материала (хрупкость, высокая стоимость, недостаточная прочность) пока что остаются непреодолимыми. Тем не менее, многочисленные преимущества керамических материалов позволяют с успехом использовать их для изготовления определенных деталей – например, подшипников скольжения и качения.

Подшипники качения из керамики

Подшипник качения состоит из следующих частей:

нижнее и верхнее кольцо;

тела качения, расположенные между кольцами;

сепаратор, который организует правильное распределение тел качения.

Из керамики могут быть изготовлены тела и кольца качения либо только ролики или шарики (кольца в этом случае изготавливаются из металла). В гибридных моделях керамику используются только для изготовления тел качения.

Для изготовления сепараторов керамических подшипников чаще всего используют износоустойчивый пластик высокой прочности. Китайские производители изготавливают сепараторы из металла.

Отличительные особенности керамических подшипников, снабженных пластиковыми сепараторами:

• электроизоляционные свойства;
• немагнитность;
• сохранение размеров в случае изменения температуры;
• продолжительный срок использования;
• нормальная работа при высоких оборотах;
• небольшой вес;
• невосприимчивость к воздействию агрессивных веществ;
• могут контактировать с пищей;
• не требуют большого количества смазки, при определенных условиях способных функционировать без смазки;
• слабый шум во время работы;
• небольшой нагрев;
• уменьшенное трение;
• могут использоваться при расширенном температурном диапазоне.

Преимущества и недостатки

Керамика обладает более высокой твердостью, чем сталь, поэтому керамические подшипники имеют больший ресурс работы, чем их стальные аналоги. Повышенная гладкость поверхностей керамических тел качения и колец обеспечивает снижение трения и тепловыделения. К преимуществам изделий из этого материала относятся также такие характеристики, как размерная стабильность, небольшой вес, электроизоляционные характеристики, низкая теплопроводность (в 5 раз меньше, чем у стали). Большинство вышеперечисленных преимуществ (кроме немагнитности и химической устойчивости) относятся также и к гибридным моделям.

Основным недостатком керамических подшипников является меньшая номенклатура. Однако в последнее время ассортимент моделей из керамики быстро расширяется, поэтому данный недостаток становится все менее выраженным.

К числу недостатком можно отнести также более высокую хрупкость и меньшую, чем у металла, прочность. Минусом таких изделий является и их цена. Снизить ее можно, используя модели гибридного типа.

Керамические подшипники используются в следующих изделиях и отраслях:

• электролизные ванны;
• химическое машиностроение;
• насосы;
• турбины;
• вакуумная техника;
• медицинское оборудование;
• приборы и приспособления, используемые в пищевой промышленности;
• оборудование чистых комнат;
• средства транспорта;
• генераторы и электромоторы.

Кто производит?

Выпуском керамических подшипников занимаются такие производители, как Boca Bearing, SKF, FYH, VKE, Koyo. Компания FYH из Японии поставляет на рынок гибридные высокотемпературные подшипники.

Американская компания Boca Bearing выпускает большой ассортимент роликоподшипников и шарикоподшипников. Для изготовления своей продукции она использует оксиды алюминия, циркония, кремниевые карбиды и нитриды. Также она производит гибридные модели. Маленькие, легкие, высокоскоростные Ceramic Orange ABEC 7 Seal облегчают вращение мультипликаторной катушки спиннинга и не допускают появления вибраций. Boca Bearing выпускает специализированные серии керамических моделей, предназначенных для упаковочной техники, а также гибридных изделий, используемых в оборудовании для очистных сооружений.

Компания SKF производит следующие модели:

• гибридные 1-рядные радиальные шарикоподшипники;
• гибридные 1-рядные роликоподшипники с цилиндрическими роликами;
• гибридные прецезионные радиально-упорные модели;
• гибридные прецензионные цилиндрические роликоподшипники;
• шарикоподшипники гибридные с нержавеющими обоймами;
• гибридные радиально-упорные изделия.

Продукция компании Koyo

Большой ассортимент цельнокерамических и гибридных моделей поставляет на рынок японский производитель Koyo. Он выпускает однорядные гибридные высокотемпературные шарикоподшипники. Кольца этих изделий изготавливаются из сверхпрочной стали, шарики производятся из нитрида кремния, а сепараторы – из графита. Они подходят для валов диаметром от 6 до 40 миллиметров. Также эта японская компания выпускает радиально-упорные полнокерамические шарикоподшипники. Для их изготовления используется нитрид кремния. Возможная температура использования – от минус двухсот до плюс восьмисот градусов.

Японский производитель выпускает и устойчивые к коррозии гибридные шарикоподшипники, способные работать в температурном диапазоне от минус ста до плюс двухсот градусов, а также в вакууме. Их кольца изготавливаются из стали, сепаратор производится из фторуглеродного пластика, а для изготовления шариков используется фторуглеродный пластик. Кроме этого, данной компанией производятся немагнитные гибридные подшипники, высокооборотные гибридные шарикоподшипники и гибридные подшипники для промышленных роботов.

Керамические подшипники скольжения

В составе металлокерамических втулок присутствует порошковая бронза, сталь либо железо с графитовой добавкой. Эти изделия получают путем прессования материала при высоком давлении и дальнейшего спекания в условиях повышенной температуры. Наличие пористой структуры обеспечивает быстрое впитывание и удержание смазки. Благодаря добавлению графита существенно уменьшается коэффициент трения.

Композиция ПА-БрОГр2, в составе которой присутствуют медь, олово и графит, обеспечивает бесшумную работу с уменьшенным износом в сельскохозяйственных механизмах, автомобилях и электрических двигателях. Вкладыши из материалов на основе ПА-БрОХН ( в составе присутствуют медь, олово, а также хром и никель) отличаются высокой твердостью. Их используют в механизмах кораблей, приборах, станках и автомобилях. Композиция ПА-ДГр10 подходит для изготовления деталей, способных работать без смазки. Их используют в насосах и различных приборах. Железографитные керамические подшипники скольжения (ГОСТ 26802-86) используют в сельскохозяйственной технике, станках, автомобилях.