陶瓷軸承技術發(fā)展與應用

1、陶瓷軸承技術發(fā)展與應用 陶瓷軸承技術發(fā)展與應用 洛陽軸研科技股份有限公司 張永乾 1.概述 概述 陶瓷軸承具有質量輕、耐高溫、耐腐蝕、無磁、絕緣、剛性高、高速使用離心力小、運轉溫升低等優(yōu)良特性，能用于高速、高溫、腐蝕性介質等許多鋼制軸承無法滿足要求的特殊場合。 陶瓷軸承主要為兩類： 混合式陶瓷軸承及全陶瓷軸承。 混合式陶瓷軸承一般滾動體用陶瓷材料制造， 套圈用軸承鋼制造； 全陶瓷軸承則滾動體及套圈均用陶瓷材料制造；按照陶瓷軸承的結構不

2、同，分為陶瓷球軸承和陶瓷滾子軸承?；旌咸沾汕蜉S承一般用于高速、 絕緣、 貧油潤滑等場合， 全陶瓷球軸承一般用于高溫、腐蝕、抗磁、絕緣等場合。 在多種陶瓷材料中，由于氮化硅陶瓷（Si3N4）具有優(yōu)良的綜合機械性能，與軸承鋼相同的疲勞剝落和疲勞壽命，成為制造陶瓷軸承的最佳材料。 陶瓷軸承研制開發(fā)時間表： 1960 年 開始陶瓷軸承研究，熱壓氮化硅材料制造陶瓷軸承 1970 年后 HIP 燒結氮化硅材料用于制造陶瓷

3、陶瓷軸承 1980 年后 GPS 燒結氮化硅材料用于制造陶瓷軸承 國內開始氮化硅粉末研制及氮化硅陶瓷滑動軸承的研究 1990 年后 陶瓷軸承工業(yè)化規(guī)模生產 國內開始 GPS 燒結氮化硅陶瓷球及混合陶瓷軸承的研究 2000 年后 國內 GPS 燒結氮化硅陶瓷球批量化生產 2005 年后 國內陶瓷軸承批量化生產 2.氮化硅陶瓷作為軸承材料的特性 氮化硅陶瓷作為軸承材料的特性 氮化硅陶瓷材料作為

4、軸承材料，雖然在工業(yè)陶瓷中硬度和韌性不是最高的，但是在要求高性能的軸承應用中， 氮化硅具有最佳的機械物理綜合特性， 均質細密的氮化硅陶瓷具有良好的抗?jié)L動接觸疲勞特性，有如下明顯的特征： （1） 低密度， 氮化硅陶瓷的密度為 3.19～3.3g/cm 3， 僅為軸承鋼 （7.85g/cm 3）的 40%，離心載荷小，高速運轉溫升低。 絕緣性 好 不絕緣 好 好 好 抗熱沖擊 高 很高 高 中等 低 滾動接觸疲勞失效形式

5、 剝落 剝落 斷裂 剝落/斷裂 斷裂 3.陶瓷球軸承特性 陶瓷球軸承特性 陶瓷球用于滾動軸承，使得軸承的性能明顯改善，主要為： （1）較小的離心力，重量輕的陶瓷球在高速運動的滾動軸承中產生的離心較小，除考慮外力外，在很高的轉速下，鋼制軸承由鋼球引起的內部應力占主導地位， 但由于陶瓷具有高的彈性模量， 在相同的載荷下， 陶瓷球的應力大于鋼球，所以離心力的減小的優(yōu)點不能完全發(fā)揮出來。 （2）旋滾比小，與鋼制軸承相比，陶瓷球軸承的旋

6、滾比低約 30%，表示陶瓷球軸承接觸狀態(tài)更好，自旋摩擦更小。 圖 1 陶瓷球軸承與鋼制軸承旋滾比的比較 陶瓷球軸承與鋼制軸承旋滾比的比較 （3）剛度高，陶瓷材料彈性模量是軸承鋼的 1.5 倍，可以用于剛度要求高的軸承，同時應該注意到，由于剛度和軸承應力不僅在滾動體材料，很大程度上取決于軸承滾動體的尺寸和數(shù)量， 采用小而多鋼球也可取得提高剛度的效果， 所以應根據(jù)不同情況設計軸承。 圖 2 陶瓷球軸承剛性與鋼制軸承剛性 陶瓷球軸承剛性與鋼