UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
WYDZIAŁ MECHANICZNY
Niekonwencjonalne materiały konstrukcyjne
CERMIKA
prowadzący:
mgr inż. Remigiusz Romankiewicz
wykonali:
Kasia Chuda
Piotr Krzyżaniak
Mateusz Gawryło
Marcin Garbowski
Grupa 21 A
Zielona Góra 2009
Wykonując dany element maszyny czy urządzenia z ceramiki nie tylko uzyskujemy zwiększoną żywotność tego konkretnego elementu, ale również wpływamy na przedłużenie żywotności elementów współpracujących z częściami ceramicznymi, a co za tym idzie całego urządzenia.
W niektórych przypadkach zastosowanie ceramicznych części kończy się ostatecznym rozwiązaniem problemu i brakiem konieczności ciągłej wymiany zużywających się cześci.
Zastosowanie ceramiki do wykonania standartowych wyrobów tj. nurnik czy zawór powoduje zwiększenie jego żywotności około pięciokrotnie. Natomiast łożyska ceramiczne stwarzają całkiem nowe możliwości konstruowania urządzeń. Można stosować łożyska toczne w miejscach gdzie dotąd było to niemożliwe. Można je stosować w niskich i wysokich temperaturach. Mogą one pracować bez smaru. Są odporne na korozję i czynniki chemiczne.
Stosowanie łożysk hybrydowych w miejsce typowych łożysk stalowych przynosi korzyści w postaci: mniejszych oporów toczenia, średnio pięciokrotnie dłuższej pracy urządzenia, rzadszego serwisowania, czy mniejszego zużycia energii.
Łożyska ceramiczne
Łożyska ceramiczne to takie łożyska, których bieżnie i kulki są ceramiczne, a koszyk wykonany jest z tworzywa sztucznego. Łożyska te mają zastosowanie wszędzie tam gdzie wymagana jest:
odporność na korozję - tworzywa ceramiczne charakteryzują się bardzo dobrą odpornością chemiczną nawet w wysokich temperaturach, mogą na przykład pracować zanurzone w kwasie lub pracować w jego oparach
wysoką lub niską temperaturę - łożyska ceramiczne mogą pracować w zakresie temperatur od -50 do + 350 °C. Ograniczeniem maksymalnej temperatury jest materiał z jakiego wykonany jest koszyk łożyska (PA, PTFE lub PEEK). W przypadku wyższej temperatury stosuje się łożyska całoceramiczne
niemagnetyczność - tworzywa ceramiczne wykorzystywane do produkcji łożysk nie są magnetyczne w żadnym stopniu i mogą bez zakłóceń pracować w polu magnetycznym
trwałość - dwutlenek cyrkonu, azotek krzemu oraz węglik krzemu są tworzywami o bardzo wysokiej twardości i bardzo dobrej odporności na ścieranie,
samosmarowność - łożyska ceramiczne nie wymagają smarowania nawet podczas najtrudniejszych warunków pracy tj. wysoka temperatura, korozyjne środowisko czy próżnia,
izolacyjność - dwutlenek cyrkonu i azotek krzemu są izolatorami.
Tworzywa ceramiczne
Najczęściej wykorzystywanymi tworzywami ceramicznymi do produkcji łożysk tocznych i ślizgowych są: dwutlenek cyrkonu, azotek krzemu oraz węglik krzemu. Wszystkie te tworzywa mają bardzo dobre właściwości fizyczne, które pozwalają na ich stosowanie w bardzo ciężkich warunkach pracy jako łożyska.
Zastosowanie
Łożyska ceramiczne najczęściej znajdują zastosowanie w przemyśle:
chemicznym - pompy, transportery
spożywczym - urządzenia wymagające atestu na kontakt z żywnością
morskim - części narażone na kontakt z wodą morską
sportowym - łożyska w rowerach, deskorolkach, rolkach
Łożyska całoceramiczne
Łożyska całoceramiczne to takie łożyska, których bieżnie i kulki są ceramiczne. Ten typ łożysk w swojej konstrukcji nie posiada koszyka. Łożyska te mają zastosowanie wszędzie tam gdzie wymagana jest:
odporność na korozję - tworzywa ceramiczne charakteryzują się bardzo dobrą odpornością chemiczną nawet w wysokich temperaturach, mogą na przykład pracować zanurzone w kwasie lub pracować w jego oparach
wysoką lub niską temperaturę - łożyska całoceramiczne mogą pracować w zakresie temperatur od -50 do + 1350 °C. Brak koszyka daje możliwość pracy w najtrudniejszych warunkach.
niemagnetyczność - tworzywa ceramiczne wykorzystywane do produkcji łożysk nie są magnetyczne w żadnym stopniu i mogą bez zakłóceń pracować w polu magnetycznym,
trwałość - dwutlenek cyrkonu, azotek krzemu oraz węglik krzemu są tworzywami o bardzo wysokiej twardości i bardzo dobrej odporności na ścieranie,
samosmarowność - łożyska ceramiczne nie wymagają smarowania nawet podczas najtrudniejszych warunków pracy tj. wysoka temperatura, korozyjne środowisko czy próżnia,
izolacyjność - dwutlenek cyrkonu i azotek krzemu są izolatorami.
Zastosowanie
Łożyska całoceramiczne najczęściej znajdują zastosowanie w przemyśle:
chemicznym - pompy, transportery
spożywczym - urządzenia wymagające atestu na kontakt z żywnością
morskim - części narażone na kontakt z wodą morską
hutniczym - transport w wysokiej temperaturze
metalurgicznym - transport w piecach
Łożyska hybrydowe (z kulkami ceramicznymi)
Łożyska, których elementy toczne są wykonane z ceramiki nazywamy łożyskami hybrydowymi. Bieżnie łożysk hybrydowych, w zależności od zastosowania, wykonane są ze stali chromowej lub ze stali nierdzewnej. Najczęściej wykorzystywanym materiałem na elementy toczne jest azotek krzemu. Koszyki, uszczelnienia i osłony wykonuje się z analogicznych materiałów jak w przypadku łożysk tradycyjnych (stalowych).
Właściwości tego typu łożysk:
wydłużona żywotność - wytrzymują do 5 razy dłużej od stalowych łożysk
niska waga elementów tocznych - azotek krzemu jest trzykrotnie lżejszy od stali
maxymalna prędkość obrotowa - do 400.000 obr./min
izolacyjność - elementy toczne izolują bieżnie względem siebie (nie dotyczy to łożysk z osłonami typu ZZ
Łożyska hybrydowe najczęściej stosowane są w przemysłach:
maszynowym - wrzeciona obrabiarek, prowadnice liniowe
elektoronicznym - napędy w komputerach, wentylatory
sportowym - rowery, rolki, deskorolki, kołowrotki wędkarskie
medycznym - kątnice stomatologiczne
hobbystycznym - modele RC samochodów, samolotów itp. i innych
Precyzyjne kulki z azotku krzemu
Wykonane z Si3N4 kulki posiadają następujące własności:
60% lżejsze od stali
moduł Younga (sprężystości podłużnej) 50% większy od stali
niski współczynnik tarcia
trzykrotnie niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej
bardzo gładkie wykończenie powierzchni kuli
nie rdzewieją i mogą pracować bez oleju czy smaru
Precyzyjne kulki z azotku krzemu
Precyzyjne kulki z dwutlenku cyrkonu
Wykonane z ZrO2 kulki posiadają następujące własności:
gęstość: 6,05g/cm3
drobnokrystaliczne tworzywo
nie rdzewieją i mogą pracować bez oleju czy smaru
Precyzyjne kulki cyrkonowe
Nurniki ceramiczne
Wykonane z tworzywa ceramicznego nurniki wykazują conajmniej pięciokrotnie większą trwałość w stosunku do nurników stalowych. Wzrasta również trwałość uszczelnień współpracujących z nurnikami ceramicznymi, a ich wymianę planuje się razem z wymianą nurników.
Standardowy materiałem, z którego są wykonywane nurniki jest tlenek glinu (Al2O3). Jest on jednym z lepszych tworzyw ceramicznych, jeżeli chodzi o odporność chemiczną. Ponad to jest bardzo odporny na ścieranie.
Do najbardziej wymagających warunków pracy np. wysokie ciśnienie, wykonanie nurników z dwutlenku cyrkonu jest korzystniejsze. Tworzywo to posiada świetne właściwośc i mechaniczne, a ponad to ma bardzo dobrą odporność na oddziaływanie korozyjne.
Mielniki cyrkonowe
Kulki ceramiczne wykorzystywane jako mielniki do młynków perełkowych, atrytorów. Są one stosowane w przemyśle farbiarskim, lakierniczym, budowlanym itp.
Służą do rozdrabniania materiałów bardzo twardych, o wysokiej gęstości i lepkości.
Kulki wykonane z dwutlenku cyrkonu (ZrO2) charakteryzują się:
gęstością 6,00 g/ cm3
wysoką odpornością na ścieranie
wysoką odpornością na ściskanie
Dysze ceramiczne
Najczęściej wykonane są one z dwutlenku cyrkonu. Dysze mogą być również wykonane z tlenku glinu. Materiał dobiera się z uwagi na zastosowanie.
Właściwości dysz ceramicznych:
są odporne na ścieranie/ zużycie - wytrzymują kilkakrotnie razy dłużej
są odporność na wysokie temperatury - mogą pracować w wysokich temperaturach
mają niska wagę
są odporne chemicznie
są izolacyjne elektrycznie
Zawory ceramiczne
Wydrębnić można zawory kulowe, grzybkowe oraz zawory płytkowe. Materiał, z którego wykonana jest zawieradło to ceramika. Takie zawory mają zastosowanie wszędzie tam gdzie wymagana jest niezawodność oraz tam gdzie zawory z kulą wykonaną ze stali nierdzewnej nie mogą sprostać wymaganiom.
Ceramiczny zawór zwrotny Ceramiczny zawór grzybkowy w pompie nurnikowej
Zawór z kulą ceramiczną - DN 25
Wyszukiwarka