Circa 27.000 piastrelle di ceramica ricoprono l’esterno dello Space Shuttle della NASA, un veicolo spaziale riutilizzabile che trasporta gli astronauti in un’orbita bassa attorno alla Terra. Agendo da barriera termica ai 1650 gradi Celsius generati dal rientro atmosferico, le piastrelle illustrano l’impressionante resistenza dei materiali ceramici. Le proprietà impressionanti della ceramica vengono utilizzate anche nei cuscinetti.
La ceramica viene utilizzata principalmente nei cuscinetti a causa delle proprietà di resistenza alla corrosione e alla temperatura del materiale. La ceramica è inerte, mentre i metalli sono reattivi, rendendo la ceramica resistente a materiali corrosivi come l’acqua di mare e molti prodotti chimici, tra cui acidi e alcali. Poiché i cuscinetti in ceramica non si corrodono, richiedono meno manutenzione rispetto alle alternative in acciaio e possono essere utilizzati in ambienti altamente ostili. Non sorprende che queste proprietà resistenti alla corrosione consentano l’uso di cuscinetti ceramici in molti settori, dalla produzione alimentare e chimica, alle applicazioni marine e subacquee.
Tuttavia, c’è un po’ di confusione. Spesso, quelli che le persone chiamano cuscinetti ceramici sono in realtà cuscinetti ibridi. Quindi, qual è la differenza tra le opzioni complete in ceramica e ibride?
Cuscinetti in ceramica
I cuscinetti in ceramica integrale hanno anelli e sfere in ceramica e una gabbia sintetica in PEEK o PTFE o nessuna gabbia. Sono altamente resistenti agli acidi e agli alcali e sono quindi adatti per l’uso in ambienti molto corrosivi. I cuscinetti in nitruro di silicio (Si3N4) possono essere riscaldati a temperature di 800 gradi Celsius se utilizzati senza gabbia. Abbinando queste qualità alla loro natura leggera, con il 45% del peso dei cuscinetti in acciaio, sono sostituti incredibili dei cuscinetti in metallo tradizionali.
Inoltre i cuscinetti ceramici integrali non sono magnetici, il che significa che possono essere utilizzati in dispositivi medici come scanner MRI o in qualsiasi applicazione in cui vi sia un forte campo magnetico. Tuttavia, la maggiore durezza dei cuscinetti in ceramica comporta anche una maggiore fragilità e, in quanto tale, non tollera bene i carichi d’urto.
Cuscinetti ibridi
Quando la maggior parte delle persone pensa ai cuscinetti in ceramica, di solito si riferisce effettivamente alle versioni ibride. I cuscinetti ibridi si trovano tra le opzioni complete in ceramica e acciaio. Mentre usano sfere in ceramica, questi cuscinetti sono accoppiati con anelli interni ed esterni in metallo. L’uso di questa combinazione consente velocità più elevate rispetto alle opzioni complete in ceramica, poiché gli anelli metallici meno fragili non sono così inclini a guasti catastrofici improvvisi ad alta velocità o carico.
Nonostante la piccola differenza nel design, i requisiti dei cuscinetti ibridi differiscono ampiamente dai cuscinetti ceramici integrali. Ad esempio, mentre i cuscinetti in ceramica integrale non richiedono lubrificazione, i cuscinetti ibridi ne hanno bisogno. Tuttavia, sebbene le sfere in ceramica continueranno a rovinare gli anelli in acciaio, gli ibridi faranno fronte a una lubrificazione marginale migliore rispetto ai cuscinetti in acciaio a causa del basso coefficiente di attrito e della leggerezza delle sfere.
La lubrificazione potrebbe non essere necessaria quando si utilizzano cuscinetti ibridi a velocità molto basse. Tuttavia, poiché questi cuscinetti sono spesso selezionati per applicazioni a velocità più elevata rispetto alla ceramica integrale, si consiglia una lubrificazione adeguata. I cuscinetti ibridi di precisione con gabbia ad alta velocità sono in grado di supportare velocità molto elevate, quindi il loro utilizzo, ad esempio, nei mandrini delle macchine utensili.
Le proprietà resistenti alla corrosione del cuscinetto sono influenzate anche quando si sceglie una versione ibrida rispetto alla ceramica integrale. Mentre le sfere di ceramica sono altamente resistenti, il livello complessivo di resistenza alla corrosione è ridotto a causa dell’uso di anelli metallici, anche se sono in acciaio inossidabile.
Le decisioni sulla scelta dei cuscinetti ceramici o ibridi si ridurranno in termini di costi, applicazione e ostilità dell’ambiente in cui i cuscinetti devono essere utilizzati. Probabilmente la tua applicazione non arriverà mai alla temperatura dello Space Shuttle della NASA, ma una migliore comprensione dei diversi tipi di cuscinetti dovrebbe rendere la tua decisione un po ‘più semplice.