In questo articolo tratteremo i materiali a base di carbonio usati nel campo dei cuscinetti e cuscinetti full ceramic.
La Zirconia o ossido di zirconio, trattata nei due articoli sui materiali dei cuscinetti in ceramica e sulla tenacizzazione che migliora le proprietà meccaniche dei cuscinetti fa parte della grande famiglia dei materiali ceramici ossidi.
I ceramici avanzati NON ossidi più usati nel campo delle applicazioni meccaniche specialmente per i cuscinetti in ceramica sono: nitruro di silicio, carburo di silicio e SiAlON. In generale, il sistema di materiali ceramici contenenti C, B, N e Si contiene i materiali più duri fino ad oggi conosciuti (il carbonio sotto forma di diamante e il nitruro di boro in forma cubica e il Carburo di Silicio). Nonostante le proprietà meccaniche straordinarie che questi materiali presentano, la loro difficile sinterizzazione per la realizzazione di componenti, ha ritardato le loro applicazioni industriali. Grazie ai progressi fatti proprio nel campo delle tecniche di sinterizzazione guidate, coadiuvate da agenti chimici che ne facilitano la realizzazione riducendo i costi, alcuni di questi materiali non ossidi sono tra i più usati per la realizzazione di parti di cuscinetti ceramici.
Carbonio: Proprietà e applicazioni del grafene per i cuscinetti full ceramic
Il carbonio è presente in natura in diverse forme, inclusi il diamante, la grafite, il grafene e altri. In particolare il grafene, costituito da un solo strato di atomi di carbonio, è un materiale che negli ultimi anni sta trovando applicazione in tantissimi campi tecnologici, inclusi i cuscinetti. Il grafene e il suo potenziale tribologico come lubrificante rimangono relativamente inesplorate, con alcune indagini sul suo uso come solido autolubrificato o come additivo per oli lubrificanti. Essendo il grafene un materiale bidimensionale, offre proprietà di attrito e usura uniche che in genere non sono viste convenzionalmente.
Oltre alle sue consolidate proprietà termiche, elettriche, ottiche e meccaniche, il grafene può fungere da lubrificante liquido o colloidale per cuscinetti e può anche essere applicato come scaglie sulla superficie. Poiché il grafene è ultrasottile anche con più strati, può essere applicato a sistemi con contatti oscillanti, rotanti e scorrevoli per ridurre l'attrito e l'usura, oltre a proteggere i cuscinetti dalla corrosione quando esposti all'acqua, un processo comunemente noto come tribo-corrosione.
Ciò è dovuto al fatto che il grafene presenta una consistenza scivolosa, che potrebbe potenzialmente renderlo un lubrificante eccellente. La ricerca mostra che il piccolo numero di strati nel grafene non solo riduce l'attrito in acciaio sette volte di più, ma anche l'usura 10.000 volte di più, riducendo la tribo-corrosione. Una volta completamente sviluppate, queste nuove opzioni di lubrificazione potrebbero avere impatti positivi su molte applicazioni che potrebbero portare a un enorme risparmio energetico.
Carburo di Silicio
In generale i carburi (Carburo di Silicio, Carburo di Boro), sono materiali ad alto punto di fusione, alta stabilità e durezza e buona conducibilità elettrica, eccellente resistenza agli sbalzi termici e viene usato prevalentemente come abrasivo. Purtroppo un grosso punto debole del Carburo di Silicio è la facile tendenza alla ossidazione visto che questo fenomeno causa la trasformazione del materiale in altre sostanze che ne causano la disgregazione. Le due strutture cristalline proprie sono la struttura esagonale detta alfa, e la struttura cubica, detta beta. Applicazioni per i cuscinetti: in circostanze estreme e condizioni speciali, come ad esempio ad altissima temperatura (si consiglia di utilizzare la serie Full Ball Complement o a pieno riempimento), e forte corrosione chimica (si consiglia di utilizzare la gabbia PTFE) che hanno una longevità di lavoro più lunga a causa della sua durezza può raggiungere HRC90.
Carburo di boro
Il carburo di boro (B4C), noto anche come diamante nero, è il terzo materiale più duro dopo il nitruro di diamante e nitruro di boro. La sua eccezionale durezza lo rende una polvere abrasiva adatta per lappare, lucidare e il taglio a getto d'acqua di metalli e ceramiche. La combinazione di peso specifico ridotto, elevata durezza e ragionevole tenacità lo rende un materiale adatto per l'armatura di carrozzeria e veicolo. Il carburo di boro è anche ampiamente usato come barre di controllo, materiali di schermatura e come rivelatori di neutroni nei reattori nucleari a causa della sua capacità di assorbire neutroni senza formare radionuclidi di lunga durata. Sta emergendo l’utilizzo nel campo di questo materiale nel campo dei cuscinetti, ma è necessario che vengano testate le sue performance sul campo prima di vederne una sua ampia diffusione.
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