金属やプラスチックではなく耐摩耗性テクニカルセラミックスを選択する理由?

ポンプシールは6か月ごとに交換. 1 年間の連続運転後に金属ガイド レールが公差を超えて摩耗した. 生産サイクルが終了する前に酸化して故障する炉のコンポーネント. これらは単独のメンテナンス問題ではなく、材料選択の問題の症状です。. 最も一般的な故障メカニズムに熱が含まれる場合, 摩耗または化学的損傷, 金属もプラスチックも最初から苦戦している. 耐摩耗性テクニカルセラミックスは、このような状況向けに設計されています。, まったく異なるパフォーマンスプロファイルを提供する, 測定可能なデータに裏付けられた.

厳しい環境における金属とプラスチックの本当の問題

要求の厳しい産業環境で, 従来の材料は、予測可能な物理的制限により失敗することがよくあります.

金属が足りないところ

焼き入れ鋼の標準, 摩耗が重要なコンポーネントに使用されるため、テクニカル セラミックスよりも硬度が大幅に低くなります。. さらに, 鋼鉄のピークは約 800 ビッカース (HV) そしてアルミナ (Al₂O₃) から始まります 1,500 HVと炭化ケイ素 (SiC) を超える 2,500 HV. したがって, セラミックは、一定の量で硬化したスチールよりも長持ちします。 10-50 研磨環境下で. 金属も温度と腐食の影響を受けます. ステンレス鋼は 500°C を超えると著しく弱くなり、化学的劣化に対抗するために高価なコーティングが必要になります。, 一方、ジルコニアセラミックは全体にわたって不活性のままです。 1-14 pH 範囲を維持し、1,600°C を超えても構造の完全性を維持, 金属材料の導電性により、これらの材料は半導体または高電圧用途から除外されることがよくあります。.

プラスチックがもっと早くに失敗する場合

PEEKなどのエンジニアリングプラスチックは耐薬品性に​​優れています, それでも、パフォーマンスの上限が小さい傾向があります. 実際に, 動作限界は約260℃です, そしてその点を超えると柔らかくなり始めます, 部品の寸法忠実度が失われます , これはシールのような緊密なアセンブリにとってはかなり悲惨です, とベアリング. それを超えて, プラスチックにも「クリープ」という現象が起こります。, 継続的な機械的負荷がかかると、時間の経過とともに徐々に変形します。. 製薬業務などの高純度環境に, または半導体製造, 微粒子の脱落と化学物質の移行の心配もあるため、事態はさらに悪化します。. したがって、本当に極度の耐熱性が必要な場合には, 正確な寸法安定性, またはクリーンルームスタイルの処理, テクニカルセラミックスは、金属にもプラスチックにも匹敵しない機能層を備えています。.

耐摩耗性テクニカルセラミックスの性能の違い — データ

テクニカルセラミックスは単なるものではありません “より硬い金属。” それらは異なる一連の重要な原則に基づいて動作します, 厳しい条件下での利点は定量化可能です.

硬度と耐摩耗性

テクニカルセラミックスの金属に対する硬度の利点は段階的なものではなく、カテゴリー的なものです。. 以下の比較は、違いの大きさを示しています:

研磨剤スラリーポンプ用途, Al₂O₃ ライニングコンポーネントは定期的に耐用年数を達成します 15 に 20 同一の動作条件下で同等の鋳鉄コンポーネントよりも 1 倍長い.

熱安定性

セラミックと金属の間の温度性能の差は、連続的な高温動作において最も重要になります。. Si₃N₄ は 100 以上の曲げ強度を保持します。 600 1,200°C で MPa — ほとんどのエンジニアリング金属が構造上の有用性をずっと前に失っている温度. SiC は、優れた高温強度と熱伝導率を兼ね備えています。 120 W/m・K, 構造材料としてだけでなく、厳しい熱環境における熱管理材料としても効果的です。.

化学的不活性性

過酷な化学物質を含むプロセスにおいて, 工業用セラミックスの耐腐食性により、金属による継続的な管理を必要とする故障プロセス全体を排除できます。. ZrO₂ は Al₂O₃ とともに酸性の強い環境では固体です (アルミナ用のフッ化水素酸を除く) 強アルカリおよび酸化条件だけでなく. ステンレス鋼とは対照的に, 濃度が百万分の一程度の塩化物含有媒体では孔食が発生しやすい - これらのセラミックは、同じ条件にさらされても重大な劣化を示さない.

摩擦と表面の性能

セラミック・オン・セラミック接触により、その間の乾燥摩擦係数が生成されます。 0.1 に 0.3 の間で比較して 0.5 まで 1.2 スチール・オン・スチールで. 潤滑が困難な状況で, 断続的または望ましくない — 食品加工機器および医療機器, 半導体ツールだけでなく, この区別により、潤滑剤の相互作用により金属が許容できないほどの摩耗や汚染を引き起こす環境でも、セラミック部品を安全に動作させることができます。.

5 テクニカルセラミックスが優れたパフォーマンスを発揮するシナリオ

1. ケミカルポンプシールリング

条件: 研磨粒子を含む流体, 腐食作用を引き起こす化学物質, 高速での連続回転摩擦.

標準鋼, 耐久性の高いケミカルポンプ用途向けのタングステンカーバイドシールリングは、通常、1 回ごとに交換する必要があります。 6 – 12 月. 同じプロセス内での SiC シール面の寿命は通常、次のとおりです。 3 そして 7 年. 研磨物質による磨耗に耐える硬度と化学的不活性性を兼ね備えています。, 腐食による劣化を防ぎます. メタルシールの交換を引き起こす 2 つの故障メカニズムは SiC には当てはまりません.

2. 半導体製造部品

条件: 金属汚染を一切許容しない超クリーンな環境, 繰り返しのプラズマ曝露, 熱サイクル.

プラズマ エッチング チャンバーで使用されるアルミニウム合金コンポーネントは、イオン衝撃下で金属微粒子を生成します。この粒子はシリコン ウェーハ上に付着し、回復できない欠陥を生じます。. Al₂O₃と窒化ホウ素 (BN) チャンバーライナーは金属汚染を生じません, 劣化することなくプラズマ化学に耐える, 数千回の熱サイクルを通じて寸法安定性を維持します. 半導体製造において, これらはパフォーマンス上の利点ではなく、エントリ要件です。.

3. テキスタイルワイヤーガイド

条件: 高速糸走行 1,000 に 2,000 ガイド面との継続的な接触で毎分メートル.

高速繊維機械のスチール ワイヤ ガイドは、設置後数週間以内に目に見えて摩耗します。, そして、それらによって生じる表面劣化（微細な溝や粗い斑点）は、破断率の増加や表面欠陥という形で糸の品質に直接影響します。. 同じ用途の Al₂O₃ ワイヤ ガイドは鋼よりも 1 倍長持ちします。 15 に 25, 優れた表面仕上げにより糸切れ率が大幅に減少します。. 経済は単純です: ガイド交換の削減, ダウンタイムの短縮, 同時に製品の品質も向上.

4. 高温窯用家具

条件: 1,400℃以上の温度, 繰り返される熱サイクル, 焼成中のセラミックまたは電子部品との接触.

金属製の窯の家具は焼成温度で徐々に酸化します。, 焼結中の製品が汚染され、反ったり弱くなったりするため交換が必要になる. Si₃N₄ および SiC 窯の家具は、数千回の焼成サイクルを通じて構造の完全性を維持します, 汚染酸化物種を生成しない, 焼成製品のより厳密な寸法管理をサポートします. 精密電子部品の焼結において, ここで、汚染耐性は百万分率で測定されます, この区別は絶対的なものです.

5. 高速精密ベアリングボール

条件: 上で動作するスピンドルベアリング 50,000 回転数, 限られた潤滑, ラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせ.

Si₃N₄ セラミックベアリングボールの密度は約 40% 鋼鉄未満, 高速で動作しているときにベアリングレースにかかる遠心力が減少します。. 熱膨張係数 (3.2 × 10⁻⁶/℃) 鋼製ベアリングよりも大幅に小さい (12 × 10⁻⁶/℃),これにより、スチール製ベアリングの原因となったり、過剰な遊びが生じたりする可能性がある温度の変動に対してベアリングの内部クリアランスを維持するのに役立ちます。. 工作機械や精密医療機器の高速スピンドルに, Si₃N₄ ハイブリッド ベアリングは、同じ動作条件下で全鋼同等のベアリングよりも一貫して 3 ～ 5 倍長い耐用年数を持っています。.

一文でわかる事件

摩耗が激しい使用環境では, 高温, および化学物質への曝露が主な故障の原因となります, 耐摩耗性テクニカルセラミックスは、単に金属やプラスチックより優れているだけではなく、グレードや表面処理に関係なく、金属やプラスチックでは解決できない故障モードに対処します。.

あらゆる評価の出発点は、現在のコンポーネントにおける実際の障害メカニズムを明確に説明することです。: 何が原因で失敗するのか, どのくらいの割合で, そして具体的にどのような条件下で.

着用時, 熱か腐食が答えです, テクニカルセラミックスの性能データは常に同じ方向を向いています, 例外なく似ています.

吉峰陶磁器 精密機械加工品を製造します, 耐摩耗性セラミック部品. 実際の動作状況とともにコンポーネントの図面をお送りください。, 当社のエンジニアリングチームは、お客様の特定の使用例に最適な材料と設計を決定します。.