Wybór materiału na komponent do zastosowań inżynierskich, takich jak łożyska ceramiczne, zależy od wielu czynników, nie tylko od właściwości samego materiału.
Należy uwzględnić ograniczenia narzucone przez kształt łożyska i koszty, a także rozkład obciążeń i naprężeń, tolerancje oraz inne warunki brzegowe, takie jak:
Warunki pracy nie są jedynymi czynnikami do rozważenia, ponieważ materiały ceramiczne wymagają szczególnej uwagi także podczas ich produkcji, zarówno w fazie formowania, jak i spiekania (lub „wypalania”).
Kształt łożysk ceramicznych musi być projektowany z uwzględnieniem ich kruchości, szczególnie w stanie tak zwanym „zielonym”, czyli niespienionym. Z powodu tej kruchości istnieją ograniczenia dotyczące
kształtów i wymiarów z następujących powodów:
- Efekt koncentracji naprężeń szczególnie na ostrych krawędziach
- Trudności w obróbce (szlifowanie, wykańczanie) przed wypaleniem
Abbildung A fasst die gestalterischen Faktoren zusammen, die die Produktionssicherheit von Keramiklager beeinflussen können. In der linken Spalte von Abbildung A werden drei Beispiele für zu vermeidende Designs beschrieben, von oben: zu kleine Löcher, drastische Querschnittsänderungen, zu geringe Wandstärken im Verhältnis zu den Gesamtabmessungen des Keramiklagers. Rechts sind die jeweiligen Verbesserungen aufgelistet: von oben nach unten, größere Löcher, abgerundete Querschnittsübergänge, Verdickung der zu dünnen Bereiche im Verhältnis zur Objektgröße.
Rysunek A. Środki projektowe dla bezpieczeństwa produkcyjnego. Od góry do dołu: otwory montażowe łożyska, zmiany przekroju, grubość pierścieni.
Produkt uformowany może ulec, oprócz pęknięć spowodowanych naprężeniami termicznymi, także zniekształceniom i deformacjom, które mogą prowadzić do zniszczenia. Jedną z przyczyn takich deformacji jest różna gęstość, jaka może występować między różnymi punktami tego samego elementu, jak pokazano na Rysunku B. Gęstość materiału ceramicznego (pokazanego na żółto) prasowanego po bokach może być znacznie niższa niż gęstość materiału na dole, co może powodować deformacje w fazie spiekania.
Rysunek B. Możliwy problem podczas formowania metodą tłoczenia (prasowanie jednostronne).
(zrekonstruowane na podstawie R. Morrell, Handbook for the designer, 1985).
Każdy pierścień zaawansowanego łożyska ceramicznego jest zazwyczaj obrabiany maszynami tnącymi, aby uzyskać pożądaną precyzję wymiarową, ze wszystkimi niedogodnościami związanymi z obróbką mechaniczną, głównie wprowadzaniem defektów (patrz artykuł o „wykończeniu”).
Z drugiej strony, choć bardzo kosztowna, jest to operacja niezbędna. Niemniej jednak, właśnie z powodu tej konieczności, ostateczny kształt pierścienia łożyska musi być projektowany z zachowaniem pewnych elementarnych środków ostrożności, z których Figura A pokazuje przykład: ostre krawędzie (po lewej stronie Figury C) należy unikać, ponieważ mogą powodować pęknięcia podczas obróbki szlifującej. Lepiej, jak pokazano po prawej stronie Figury C, stosować fazki lub zaokrąglenia. W szczególności ostre krawędzie, ze względu na swoją geometrię, są bardziej podatne na skoki temperatury niż płaskie powierzchnie lub, w każdym razie, zaokrąglone krawędzie.
Rysunek C. Możliwy problem podczas szlifowania: fazki lub zaokrąglenia (po prawej), gdy konieczne, zawsze preferowane w porównaniu do ostrych krawędzi (po lewej).
Z tego samego powodu (tj. w celu zmniejszenia gradientu temperatury) warto minimalizować grubości pierścieni łożysk ceramicznych, które jednak muszą być wystarczające, aby zapewnić odpowiednią wytrzymałość mechaniczną.
