Silizium-Nitrid-Keramiklagerkugeln sind die Kernwalzelemente von hybriden Keramiklagern (Stahllaufringe + Keramikkugeln) und vollkeramischen Lagern.
Im Vergleich zu herkömmlichen Lagerstahlkugeln weisen Siliziumnitrid-Keramikkugeln eine geringe Dichte (nur 40 % Stahl), hohe Härte, einen hohen Elastizitätsmodul und einen niedrigen Reibungskoeffizienten sowie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und elektrische Isolierung auf.
Unter harten Bedingungen wie hohen Geschwindigkeiten, hohen Temperaturen, Korrosion, Unschmierung und magnetischer Interferenz können Siliziumnitrid-Keramikkugeln die Grenzgeschwindigkeit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Lager erheblich verbessern.
| Testobjekt | Einheit | Indexbereich |
| Material | – | Si₃N₄ |
| Dichte | g/cm³ | 3.2 |
| Vickers-Härte (HV10) | kgf/mm² | 1400-1500 |
| Biegefestigkeit | MPa | ≥700 |
| Druckfestigkeit | MPa | ≥2800 |
| Bruchzähigkeit | MPa·m¹/² | ≥6,5 |
| Elastizitätsmodul | GPa | 310 |
| Poisson's Ratio | – | |
| Thermischer Ausdehnungskoeffizient (20–800°C) | ×10⁻⁶ /K | 3.2 |
| Wärmeleitfähigkeit | W/(m·K) | 20 |
| Empfohlene maximale Betriebstemperatur (Luft) | °C | 1200 |
| Magnetische Permeabilität | – | 0 (nicht-magnetisch) |
| Nominaler Durchmesser (mm) | Gemeinsame Klassen | Anmeldung |
| 1.588（1/16″） | G3、G5 | Miniaturlager |
| 2.381（3/32″） | G3、G5 | Instrumentenlager |
| 3.175（1/8″） | G3、G5 | Hochgeschwindigkeits-Elektrospindeln |
| 4.762（3/16″） | G5、G10 | Werkzeugspindellager |
| 6.350（1/4″） | G5、G10 | Automobil-Nabenlager |
| 7.938（5/16″） | G5、G10 | Industriepumpenlager |
| 9.525（3/8″） | G10、G16 | Große Motorlager |
| 12.700（1/2″） | G10、G16 | Windturbinenlager |
| 15.875（5/8″） | G16 | Lager für schwere Maschinen |
| 19.050（3/4″） | G16 | Bergbaugerätelager |
| 25.400（1″） | G16 | Spezialgewölbte große Lager |
Weitere imperiale oder metrische Größen sind auf Anfrage erhältlich.
| Grad | Kugeldurchmesser-Variation (Vdws) | Kugelfehler (Kugelabweichung) | Oberflächenrauheit (Ra) |
| G3 | ≤0,08 μm | ≤0,08 μm | ≤0,010 μm |
| G5 | ≤0,13 μm | ≤0,13 μm | ≤0,014 μm |
| G10 | ≤0,25 μm | ≤0,25 μm | ≤0,020 μm |
| G16 | ≤0,40 μm | ≤0,40 μm | ≤0,025 μm |
| G20 | ≤0,50 μm | ≤0,50 μm | ≤0,032 μm |
Hinweis: Die Klassen G3 bis G5 sind für ultraschnelle Präzisionslager geeignet; die Klassen G10 bis G16 sind für allgemeine industrielle Lager; und die Klasse G20 wird für Anwendungen mit geringer Präzision verwendet.
1. Niedrige Dichte (3,20 g/cm³) und geringe Zentrifugalkraft verringern die Belastung, die die Walzelemente während Hochgeschwindigkeitsbetriebs auf die Ringe ausüben, erheblich, was höhere maximale Betriebsgeschwindigkeiten ermöglicht (bis zu 1,5-mal so hoch wie bei Stahlkugellagern).
2. Extrem hohe Härte (HV 1400–1500), ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, gute Maßstabilität und hohe Präzisionsbindung nach Langzeitbetrieb.
3. Hoher elastischer Modul (ca. 310 GPa), hohe Steifigkeit und minimale Verformung, was sie für Präzisionsspindeln mit hoher Steifigkeit geeignet macht.
4. Niedriger Reibungskoeffizient und gute selbstschmierende Eigenschaften, was einen kurzfristigen Betrieb mit minimaler oder keiner Schmierung ermöglicht.
5. Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (ca. 3,2×10⁻⁶ /K); minimale Auswirkungen des Betriebstemperaturanstiegs auf die Lagerfreiheit; ausgezeichnete thermische Stabilität.
6. Hochtemperaturbeständigkeit: Kann über längere Zeit bei Temperaturen unter 800°C stabil betrieben werden, was den Grenzwert von Lagerstahl (ca. 150°C) weit überschreitet.
7. Korrosionsbeständigkeit: Widerstandsfähig gegen Säuren, Alkalien, Meerwasser und verschiedene chemische Medien; geeignet für korrosive Umgebungen wie chemische Pumpen und maritime Anwendungen.
8. Elektrische Isolierung: Volumenwiderstand > 10¹⁴ Ω•cm; verhindert effektiv Elektroerosion (Funkenerosion); geeignet für Anwendungen wie Frequenzmotoren und Schienenverkehr.
9. Nichtmagnetisch: Stört keine magnetisch empfindlichen Geräte und eignet sich daher für medizinische oder präzise Instrumente wie MRT-Geräte und magnetische Levitationssysteme.
10. Lange Ermüdungslebensdauer: Bei hybriden Keramiklagern kann die Kontaktermüdungsdauer von Siliziumnitrid-Keramikkugeln drei- bis fünfmal so lang sein wie bei Stahlkugeln.
1. Hochgeschwindigkeitsspindellager für Werkzeugmaschinen (elektrische Spindeln, Gravurspindeln).
2. Lager für Luftfahrttriebwerkskomponenten und Gyroskope.
3. Automobil-Turboladerlager, Radnabenlager und Antriebsmotorlager für neue Energiefahrzeuge.
4. Windturbinen-Hauptwellenlager und Gierlager.
5. Lager für chemische Pumpen, korrosionsbeständige Pumpen und Meerwasserpumpen.
6. Lager für Vakuumgeräte (ölfreie Schmierung).
7. Lager für Triebmotoren des Schienenverkehrs (anti-elektrische Erosion).
8. Lager für Halbleitergeräte und Präzisionsinstrumente (nichtmagnetisch, gering schwingungsfähig).
9. Antriebslager für Hochtemperaturöfen und Wärmebehandlungsanlagen.
