Zylinderstifte, Nadeln und Zentrierstifte aus Keramik finden sich in Präzisions-Lagern mit Nadelrollen, wo hohe Steifigkeit und Korrosionsbeständigkeit gefordert sind.
Si₃N₄ und ZrO₂ in Zylinderrollen, Nadeln und Zylinderstiften reduzieren Reibung, erhöhen die Lebensdauer von Lagern und ermöglichen höchste Präzision durch minimale thermische Ausdehnung.
In der modernen Lagertechnik gewinnen keramische Werkstoffe wie Siliziumnitrid (Si₃N₄) und Zirkoniumdioxid (ZrO₂) zunehmend an Bedeutung. Beide Materialien unterscheiden sich jedoch deutlich in ihren mechanischen Eigenschaften, was ihre Eignung für verschiedene Anwendungen bestimmt.
Si₃N₄ zeichnet sich durch eine außergewöhnlich hohe Härte sowie eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aus. Diese Eigenschaften machen es ideal für hochbelastete Rollen, Nadelrollen und Zylinderrollen, bei denen minimale Abnutzung über lange Laufzeiten entscheidend ist. ZrO₂ hingegen punktet mit einer deutlich höheren Bruchzähigkeit. Es ist weniger spröde als Si₃N₄ und kann daher Schlagbelastungen sowie wechselnde mechanische Beanspruchungen besser aufnehmen. Während Si₃N₄ vor allem dort zum Einsatz kommt, wo höchste Steifigkeit und Verschleißbeständigkeit gefordert sind, wird ZrO₂ bevorzugt, wenn neben Korrosionsbeständigkeit auch eine gewisse Flexibilität gegenüber Stoßbeanspruchung erforderlich ist.
| Dichte(g/cm3) | relative Dichte(%) | Elastizitätsmodul(GPa) | Druckfestigkeitsverhältnis(25C) | Härte HV(GPa) | |||||
| 3.260.02 | >99.5 | 300-320 | 40-50 | 16-20 | |||||
| Bruchzähigkeit(MPa.m1/21/2) | Biegefestigkeit(MPa) | Poissonzahl | Linearer Ausdehnungskoeffizient 10-6K-1 | Webuller-Modul | |||||
| 6.0-9.0 | 600-1000 | 0.25 | 3.1-3.3 | 12-15 | |||||
| Wärmeleitfähigkeit (W.(m.K)-1) | Spezifisches Widerstandsverhältnis | Korrosionsbeständigkeit | Größenstabilität | Magnetisch | |||||
| 15-20 | 1018 | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Keine | |||||
| Siliziumnitridrollen, Keramikkugeln, Si3N4-Lager, Siliziumnitridringe, Keramikrohre, Si3N4-Blöcke, Wellen | |||||||||
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Die Wahl des Werkstoffs hängt eng mit dem jeweiligen Einsatzgebiet zusammen. Zylinderstifte, Nadeln und Zentrierstifte aus Keramik finden sich vor allem in hochpräzisen Lagern mit Nadelrollen, etwa in der Medizintechnik, der Halbleiterfertigung oder in Spindellagern für Werkzeugmaschinen. In diesen Bereichen werden hohe Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit, elektrische Isolation und thermische Stabilität gestellt. Keramische Stifte und Nadeln ermöglichen hier einen wartungsarmen Betrieb, da sie im Gegensatz zu metallischen Komponenten weder rosten noch magnetische Eigenschaften aufweisen.
Der Einsatz von Si₃N₄ und ZrO₂ in Zylinderrollen, Nadeln und Zylinderstiften verbessert die Lagerperformance auf mehreren Ebenen. Durch die glatte Oberfläche und den geringen Reibungskoeffizienten der Keramiken wird die Reibung im Lager deutlich reduziert. Dies führt zu geringeren Betriebstemperaturen und ermöglicht höhere Drehzahlen. Gleichzeitig erhöht sich die Lebensdauer erheblich, da keramische Komponenten praktisch keine Kaltverschweißung mit metallischen Laufbahnen eingehen. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die minimale thermische Ausdehnung, insbesondere bei Si₃N₄. Dadurch bleibt die Vorspannung im Lager auch bei Temperaturschwankungen nahezu konstant, was höchste Präzision über weite Betriebsfenster hinweg sicherstellt.