軸承屬于風(fēng)電機(jī)組不可或缺的核心零部件，風(fēng)電軸承的范圍涉及從葉片、主軸和偏航所用的軸承，到齒輪箱和發(fā)電機(jī)中所用的高速軸承。一般而言，風(fēng)電軸承主要包括變槳軸承（pitchbearings）、主軸軸承（mainshaftbearings）、偏航軸承（yawbearings）、增速器軸承（gearboxbearing）和發(fā)電機(jī)軸承等（generatoxbearing），示意圖如下。由于風(fēng)電機(jī)組的惡劣運(yùn)行工況和長壽命、高可靠性的使用要求，使風(fēng)電軸承具有極高的技術(shù)復(fù)雜度，是公認(rèn)的國產(chǎn)化難度最大的部件之一。稱為“電腐蝕”的損壞可能發(fā)生在發(fā)電機(jī)中使用的軸承上，由于旋轉(zhuǎn)過程中軸承內(nèi)部流動(dòng)的電流，會(huì)產(chǎn)生火花，使接觸區(qū)域的表面熔化，為了避免這種情況，為了避免這種情況，采用了在滾珠（滾動(dòng)體）中使用絕緣性能優(yōu)異的陶瓷（氮化硅）的絕緣陶瓷軸承（沒有特殊說明的情況下本文指的是混合軸承）。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種軸承

從較新的風(fēng)機(jī)報(bào)價(jià)情況來看，陸上風(fēng)電機(jī)組價(jià)格已經(jīng)下降到1800-1900元/kW左右，平價(jià)海上風(fēng)電機(jī)組價(jià)格也已經(jīng)降到4000元/kW以下，風(fēng)機(jī)組件價(jià)格下降讓當(dāng)前風(fēng)電行業(yè)面臨巨大的壓力，需要通過改進(jìn)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、提升性能和可靠性的同時(shí)降低維護(hù)成本，并節(jié)省每兆瓦時(shí)的成本。風(fēng)電機(jī)組運(yùn)營商必須確保其設(shè)備盡可能長時(shí)間地保持運(yùn)轉(zhuǎn)。由于經(jīng)常在惡劣的條件（在海上，在氣候寒冷或偏遠(yuǎn)的地區(qū)）下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)的性能和可靠性受到挑戰(zhàn)。同時(shí)還面臨維修成本高，更換部件的交貨時(shí)間長等問題。隨著塔架高度、葉片長度和發(fā)電機(jī)尺寸和負(fù)荷不斷增加，考慮到風(fēng)塔的高度和位置，風(fēng)機(jī)的維護(hù)成本很高。氮化硅球軸承優(yōu)秀的絕緣能力及耐磨耐久性和承載能力，為滿足這些要求帶來了有效的解決方案，采用具有更高使用壽命的氮化硅球進(jìn)一步降低了不定期維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)。行業(yè)上，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備通常需要 20 年或更長時(shí)間的設(shè)計(jì)使用壽命和免維護(hù)的可靠性。

日本KOYO（JTEKT）風(fēng)力發(fā)電-氮化硅混合軸承

（PS:2022年4月KOYO，TOYODA，JTEKT，捷太格特集團(tuán)旗下所有事業(yè)已統(tǒng)一為JTEKT）

類似的，混合陶瓷軸承在新能源汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)上也得到了應(yīng)用（絕緣的氮化硅可以在各類發(fā)電機(jī)軸承中起到減少電流腐蝕的作用）。新能源汽車對(duì)汽車軸承提出了更多新要求，首先電機(jī)軸承相比傳統(tǒng)軸承轉(zhuǎn)速高，需要密度更低、相對(duì)更耐磨的材料；同時(shí)由于電機(jī)的交變電流引起周圍電磁場(chǎng)變化，需要更好的絕緣性減小軸承放電產(chǎn)生的電腐蝕；第三，要求軸承球表面更光滑，較少磨損。而這些特性都是陶瓷軸承的特長。從幾乎沒有陶瓷軸承在汽車上使用，到2020年新能源汽車中5%的軸承已經(jīng)被陶瓷軸承取代，在新能源汽車領(lǐng)域，陶瓷軸承取代鋼球軸承已經(jīng)是一種趨勢(shì)。特斯拉采用的電機(jī)中輸出軸采用的是SKF設(shè)計(jì)的氮化硅混合陶瓷軸承；奧迪ATA250電機(jī)位于內(nèi)部的2個(gè)轉(zhuǎn)子軸承采用陶瓷材質(zhì)制成。

氮化硅滾子混合軸承。

混合陶瓷軸承的全部優(yōu)點(diǎn)在變頻驅(qū)動(dòng)裝置上得到了充分體現(xiàn)，這種裝置用于對(duì)泵、牽引電機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制。由于采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生有害的高頻電流，當(dāng)電流通過軸承時(shí)，可能會(huì)對(duì)軸承內(nèi)外圈、滾動(dòng)體造成損傷，并影響潤滑劑的性能。軸承振動(dòng)加劇只是危害最小的后果，更有甚者，電腐蝕可能會(huì)大大縮短軸承和潤滑劑的使用壽命。使用混合陶瓷軸承，令這一問題迎刃而解。氮化硅是一種電絕緣體，可以阻止電流在軸承內(nèi)外圈之間通過，甚至可以絕緣極高頻率的電流，從而完全避免了由此產(chǎn)生的軸承失效。

預(yù)計(jì)（不知道是哪個(gè)組織）2025年，全球新能源汽車領(lǐng)域陶瓷球市場(chǎng)空間將接近40億元，2030年將接近200億元；預(yù)計(jì)2025年國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域陶瓷球市場(chǎng)空間將接近13億元，2030年將超過100億元。

CoorsTek認(rèn)為陶瓷軸承最適合電動(dòng)汽車

陶瓷軸承球有哪些玩家？

高端陶瓷球一般需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，高精度（加工技術(shù)、G5以及更高）、長疲勞壽命（陶瓷技術(shù)）、好的表面質(zhì)量（通常是幾百倍下沒有任何微觀缺陷）。要解決這三個(gè)問題，需要有優(yōu)質(zhì)的原料、穩(wěn)定先進(jìn)的陶瓷制作工藝和陶瓷球加工技術(shù)。行業(yè)現(xiàn)狀是上游高純粉末制備技術(shù)被UBE（宇部興產(chǎn)）等國外企業(yè)長期掌控，長疲勞壽命陶瓷球毛坯主要是COORSTEK和Toshiba主導(dǎo)，陶瓷球加工主要是ASK、椿中島、等日系企業(yè)。COORSTEK、ASK等國外企業(yè)可達(dá)到G3精度（較G5等級(jí)更高）且有非常好的表面質(zhì)量。目前，軸承產(chǎn)品高端市場(chǎng)依舊被瑞典SKF、德國Schaeffler、日本NSK、日本JTEKT、日本NTN、日本NMB、日本NACHI、美國TIMKEN這“四國八企”所壟斷。

更多應(yīng)用

當(dāng)然，如上陶瓷軸承受人關(guān)注的領(lǐng)域可不止如上兩個(gè)。氮化硅具有優(yōu)秀絕緣能力，機(jī)械性能，較低的熱膨脹，高剛度、耐磨性及低密度特性外（氮化硅的密度不到鋼的一半，減少了軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，從而提高了運(yùn)行速度，也用于高速軸承）及非磁特性使它在許多領(lǐng)域都非常吃香。

1、帶磁醫(yī)療診斷設(shè)備及半導(dǎo)體裝備

氮化硅的非磁性特性也使作為磁場(chǎng)作用下應(yīng)用的理想材料，在這些應(yīng)用中使用鋼球可能會(huì)干擾磁場(chǎng)或影響旋轉(zhuǎn)扭矩。氮化硅球軸承是半導(dǎo)體制造設(shè)備和存在磁場(chǎng)的醫(yī)療診斷設(shè)備的理想選擇。

2、高速軸承

氮化硅球軸承由于其高速和低潤滑條件而被應(yīng)用于半導(dǎo)體制造設(shè)備中。與使用鋼球相比，在軸承中使用氮化硅球可使軸承壽命提高50%或更多。通過降低更換頻率和維護(hù)成本，可以降低制造過程的總生命周期成本。

3、高端自行車

通過在自行車輪轂（底部支架）上使用氮化硅球，可以減少摩擦、減輕重量并延長軸承壽命。相關(guān)新聞資訊閱讀：國內(nèi)高端自行車改件也用上氮化硅軸承了

粉體圈編輯：Alpha

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