先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用真不少。這類(lèi)特殊的材料由離子鍵和共建件組合，不僅具有優(yōu)異的耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、抗侵蝕、良好的生物相容性，還具有優(yōu)異特殊的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、壓電和熱電等功能特性，廣泛應(yīng)用于機(jī)械化工、生物醫(yī)療、電子電器、新能源、核電、航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。今天我們一起來(lái)看看它的一個(gè)細(xì)分門(mén)類(lèi)：陶瓷軸承材料。

素材來(lái)源：CAC2021先進(jìn)陶瓷展展品

陶瓷軸承是一個(gè)總稱呼，可細(xì)分為全陶瓷軸承和混合陶瓷軸承（半陶瓷軸承）兩種。軸承中常見(jiàn)陶瓷材料有：氮化硅、氧化鋁、氧化鋯和碳化硅這幾種。

一、混合軸承

混合陶瓷軸承一般由軸承鋼制成的套圈和軸承級(jí)的氮化硅滾動(dòng)體組裝而成，具有電絕緣特性。與帶鋼滾動(dòng)體的軸承相比，混合陶瓷軸承（下文主要以氮化硅滾動(dòng)體為例說(shuō)明）的優(yōu)點(diǎn)包括：

陶瓷混合軸承

①、防止電流腐蝕

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)軸兩端之間或軸與軸之間產(chǎn)生的電位差叫做軸電壓。若軸兩端通過(guò)電機(jī)機(jī)座等構(gòu)成回路，則在軸電壓的作用下產(chǎn)生軸電流。軸電流是軸電壓通過(guò)電機(jī)、軸承、定子機(jī)座或輔助裝置構(gòu)成閉合回路產(chǎn)生，因正常情況下軸電壓較低，軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油膜能起到絕緣作用而扼制軸電流產(chǎn)生；但當(dāng)軸電壓較高，或電機(jī)起動(dòng)瞬間油膜未穩(wěn)定形成時(shí)，軸電壓將使?jié)櫥湍し烹姄舸┬纬赏樊a(chǎn)生軸電流。

軸電流局部放電能量釋放產(chǎn)生的高溫，可以融化軸承內(nèi)圈、外圈或滾珠上許多微小區(qū)域，并形成凹槽，從而產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理將導(dǎo)致軸承失效，對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)極大影響。變頻調(diào)速系統(tǒng)中高頻軸電流對(duì)軸承的電蝕最顯著的特征是在電機(jī)軸承內(nèi)外圈、滾珠上產(chǎn)生“搓板”式密密的凹槽條紋。從根本上消除電機(jī)的軸電流有哪些辦法呢？一是增加泄流裝置，即加裝旁路電刷，軸電流繞過(guò)軸承泄掉；二是采用絕緣軸承，阻斷軸電流通過(guò)軸承的路徑，為了阻斷軸電流通路，電機(jī)至少有一端要用電絕緣軸承。

因軸電流腐蝕產(chǎn)生的“搓板”式的密密凹槽條紋

軸電流常會(huì)發(fā)生在輪對(duì)軸承和牽引電機(jī)（軌道車(chē)輛）、直流和交流電機(jī)（動(dòng)力傳輸系統(tǒng)）及發(fā)電機(jī)（風(fēng)電）上。軸電流會(huì)可能導(dǎo)致滾道和滾動(dòng)體的損壞及潤(rùn)滑劑的老化，從而引起電機(jī)或發(fā)電機(jī)過(guò)早發(fā)生故障，造成維修費(fèi)用的增加并帶來(lái)停機(jī)停產(chǎn)等造成的損失。解決這些問(wèn)題的最佳方案就是使用電絕緣軸承。無(wú)論是內(nèi)圈還是外圈帶陶瓷涂層的軸承都稱為絕緣軸承。陶瓷涂層能夠防止電流通過(guò)，具有絕緣的能力。混合式軸承的滾動(dòng)體由陶瓷制成，由滾動(dòng)體來(lái)防止電流通過(guò)，因此也具有絕緣能力，而且具備比陶瓷涂層更加持久的絕緣能力。

在風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)應(yīng)用中，經(jīng)常指定要使用混合陶瓷軸承

②、有效提高轉(zhuǎn)速

氮化硅滾動(dòng)體的密度比相同尺寸的軸承鋼滾動(dòng)體的密度低60%。較輕的重量和慣性形成更高的速度性能，這使軸承的快速啟動(dòng)和停止能力出眾。此外，陶瓷球具有無(wú)油自潤(rùn)滑屬性,陶瓷球摩擦系數(shù)小,所以陶瓷球軸承具有很高的轉(zhuǎn)速.計(jì)統(tǒng)計(jì)采用陶瓷球的軸承是一般軸承的轉(zhuǎn)速1.5倍以上的轉(zhuǎn)速。

混合型陶瓷軸承已成功地應(yīng)用于高速機(jī)床的主軸中，并已進(jìn)入實(shí)用化階段，如日本牧野等公司生產(chǎn)的HPM型超精密車(chē)床等，主軸轉(zhuǎn)速為16000r/min，而美國(guó)MIKRO公司生產(chǎn)的HSM700高速加工中心，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)到42000r/min，切削速度提高了5~10倍，此外，混合型陶瓷軸承還用應(yīng)在電主軸、渦流分子泵等高轉(zhuǎn)速的設(shè)備中。

③、使用壽命長(zhǎng)

混合陶瓷軸承中摩擦產(chǎn)生的熱量較低，特別是在高速下，這有助于延長(zhǎng)軸承使用壽命和延長(zhǎng)再潤(rùn)滑間隔，可以大大降低軸承檢修帶來(lái)的停工損失及維護(hù)成本增加。

④、高硬度和高韌性

氮化硅滾動(dòng)體具有更高的硬度及極佳的韌性，這兩個(gè)特性相結(jié)合可獲得較好的表面粗糙度，而且能防止外界硬質(zhì)粒子和沖擊的損傷，耐磨損能力強(qiáng)。

⑤、軸承剛度更高

軸承的剛度是指在負(fù)荷作用下，軸承出現(xiàn)彈性變形的程度。剛度影響到軸承振動(dòng)、噪聲、壽命和旋轉(zhuǎn)精度等各方面，是軸承分析中的一個(gè)重要性能參數(shù)。這種變形一般很小，可以忽略不計(jì)，但在某些應(yīng)用，例如機(jī)床主軸的軸承或小齒輪軸承，剛度就非常重要。

氮化硅陶瓷的硬度比軸承鋼高1倍，彈性模量約高1/3，在相同載荷的條件下，氮化硅陶瓷的彈性變形小，所以，使用陶瓷球混合軸承的機(jī)床主軸具有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。

⑥、對(duì)溫度變化的敏感度較低

氮化硅滾動(dòng)體具有較低的熱膨脹系數(shù)，熱膨脹系數(shù)小有助于減小對(duì)溫度變化的敏感性，從而防止卡死。對(duì)混合滾子軸承，可適用的運(yùn)轉(zhuǎn)速度范圍更寬。

目前陶瓷混合軸承廣泛用于電動(dòng)機(jī)、航空航天應(yīng)用、高性能賽車(chē)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、水下應(yīng)用等。陶瓷混合軸承可輕松滿足達(dá)到更高速度、更低摩擦和更長(zhǎng)壽命的要求。

二、全陶瓷軸承

全陶瓷軸承的座圈和滾珠均由陶瓷材料制成，相比于混合軸承材料，全陶瓷軸承加工難度更大。盡管混合軸承在許多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)表現(xiàn)的很不錯(cuò)，但是在非常極端的少數(shù)領(lǐng)域。全陶瓷軸承分為帶保持器及不帶保持器的，不帶保持器的全陶瓷軸承可以在極高的溫度下繼續(xù)運(yùn)行，全陶瓷軸承具有高度的耐腐蝕性，可耐受大多數(shù)常見(jiàn)的酸，它們?cè)诒┞队谒螓}水中時(shí)不會(huì)腐蝕。

氮化硅全陶瓷軸承

全陶瓷軸承的一些典型應(yīng)用領(lǐng)域有核磁共振設(shè)備，高度真空環(huán)境，半導(dǎo)體制造，放療及其它需要抗腐蝕性、不導(dǎo)電或無(wú)磁性的應(yīng)用環(huán)境。

如下是幾款典型的全陶瓷軸承的應(yīng)用特點(diǎn)

編輯：粉體圈Alpha

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