陶瓷軸承技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

1、陶瓷軸承技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用 陶瓷軸承技術(shù)發(fā)展與應(yīng)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(zhì)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(zhuǎn)溫升低等優(yōu)良特性，能用于高速、高溫、腐蝕性介質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)氮化硅材料用于制造陶瓷

3、陶瓷軸承 1980 年后 GPS 燒結(jié)氮化硅材料用于制造陶瓷軸承 國內(nèi)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(chǎn) 國內(nèi)開始 GPS 燒結(jié)氮化硅陶瓷球及混合陶瓷軸承的研究 2000 年后 國內(nèi) GPS 燒結(jié)氮化硅陶瓷球批量化生產(chǎn) 2005 年后 國內(nèi)陶瓷軸承批量化生產(chǎn) 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(yīng)用中， 氮化硅具有最佳的機械物理綜合特性， 均質(zhì)細(xì)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(zhuǎn)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(chǎn)生的離心較小，除考慮外力外，在很高的轉(zhuǎn)速下，鋼制軸承由鋼球引起的內(nèi)部應(yīng)力占主導(dǎo)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(yīng)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(yīng)該注意到，由于剛度和軸承應(yīng)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(yīng)根據(jù)不同情況設(shè)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