隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，軸承的使用環(huán)境和條件越來(lái)越多樣化，對(duì)軸承的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和性能的要求也越來(lái)越高，一些高科技領(lǐng)域和某些特殊環(huán)境下工作的機(jī)械，如航空航天、核能、冶金、化工、石油、儀器、機(jī)械、電子、紡織、制藥等工業(yè)，需要在高溫、高速、高精度、真空、無(wú)磁性、無(wú)油潤(rùn)滑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等特殊環(huán)境下工作。這些新的要求僅僅依靠對(duì)傳統(tǒng)的金屬軸承改進(jìn)結(jié)構(gòu)或改善潤(rùn)滑條件已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足，必須開(kāi)發(fā)新型材料，從根本上進(jìn)行突破和創(chuàng)新。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)某些陶瓷材料具有優(yōu)異的性能，可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴(yán)酷的工作環(huán)境，并且又具有軸承材料所要求的全部重要特性，因此將陶瓷材料應(yīng)用于軸承制造，已成為世界高新技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的熱點(diǎn)，成為機(jī)械工作材料技術(shù)革命的標(biāo)志。
氮化硅陶瓷軸承主要用于4個(gè)方面：1、高速軸承；2、高溫軸承；3、真空用軸承，4、腐蝕用軸承。氮化硅陶瓷軸承之所以能夠在特殊環(huán)境和情況下工作，完全得益于氮化硅陶瓷的性能。氮化硅陶瓷使得陶瓷軸承具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、高速
陶瓷材料的重量?jī)H為同等鋼材重量的40%，密度小這一特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)軸承的輕量化和高速化，使得陶瓷軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠抑制因離心力作用引起的滾動(dòng)體載荷的增加和打滑，陶瓷軸承的轉(zhuǎn)速是鋼制軸承的1.3～1.5倍，其DN值可達(dá)300萬(wàn)，例如角接觸球軸承，由于具有一定的接觸角，其滾動(dòng)體與滾道面之間會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，當(dāng)采用密度小的陶瓷滾動(dòng)體時(shí)，不僅旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)小，而且對(duì)軸承發(fā)熱和表面損傷均起到有益的作用，對(duì)于航空航天飛行器也是非常有益的。
2、高剛性
氮化硅陶瓷的彈性模量比金屬高得多，是金屬的1.5倍，因而受力后的彈性變形小，相對(duì)載荷的剛性高，大約可提高剛度15%～20%，從而減輕了機(jī)床的振動(dòng)。在高精密系統(tǒng)中獲得了良好的應(yīng)用價(jià)值，如超精密機(jī)床的主軸、高精度的航天軸承等。
3、長(zhǎng)壽命
由于陶瓷材料位錯(cuò)少，遷移率低，且具有高的硬度，一般較金屬的硬度要高1倍多，能夠減少磨損，使得陶瓷軸承具有好的耐磨性。此外，氮化硅陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度并不低，其抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度與金屬相當(dāng)；而抗壓強(qiáng)度極高，大約是金屬材料的5～7倍，尤其是在高溫條件下，仍能保持高的強(qiáng)度和硬度，即使在1200℃時(shí)強(qiáng)度也基本保持不變，在有異物混入的情況下，陶瓷球很少產(chǎn)生剝落失效，因此，耐壓痕性好的陶瓷軸承通常具有更長(zhǎng)的壽命，一般較鋼制軸承提高3～5倍。
4、低發(fā)熱
由于氮化硅陶瓷材料的摩擦系數(shù)較小，大約是標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼的30%，所以與金屬材料相比，氮化硅陶瓷的導(dǎo)熱性能較差，因此陶瓷軸承工作時(shí)產(chǎn)生的熱量較小，可延長(zhǎng)潤(rùn)滑脂的壽命。
5、低熱膨脹
氮化硅陶瓷的熱膨脹系數(shù)大約是軸承鋼的20%，因此陶瓷軸承隨溫度變化的尺寸變化量小，且產(chǎn)生的熱預(yù)載較低，從而避免了過(guò)多的熱量聚集成疲勞剝落失效，有益于在溫度變化大的環(huán)境中使用。
6、耐蝕性
陶瓷性材料不活潑的化學(xué)特性，使陶瓷軸承具有一定的耐腐蝕性能，因此，陶瓷軸承可用于鋼制軸承由于缺乏耐化學(xué)性而提前失效的所有應(yīng)用場(chǎng)合，如化工機(jī)械設(shè)備、食品、海洋等部門使用的機(jī)械以及原子能設(shè)備中的應(yīng)用。
7、無(wú)磁性
在強(qiáng)磁環(huán)境中，使用鋼制軸承時(shí)，從軸承本身磨損下來(lái)的微粉被吸附在滾動(dòng)體和滾道面之間，成為軸承提前剝落損壞、噪聲增大的主要原因，由于陶瓷軸承是完全非磁性，且具有正常的承載能力，所以可用于需要完全非磁性軸承的場(chǎng)合。
8、絕緣性
陶瓷材料的常退電阻率比較高，可作為較好的絕緣材料，使軸承免遭電弧損傷。
總之，采用陶瓷材料制造軸承，可極大地?cái)U(kuò)展?jié)L動(dòng)軸承在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。目前世界各國(guó)研究、生產(chǎn)、銷售陶瓷軸承的公司很多，但大多為混合軸承，即軸承滾動(dòng)體為陶瓷材料，內(nèi)外圈為鋼制材料。我國(guó)在陶瓷軸承研究方面起步較晚，國(guó)家自八五開(kāi)始將陶瓷球軸承研究與開(kāi)發(fā)列入科技攻關(guān)項(xiàng)目，并注入了大量資金，一些科研院所和企業(yè)也做出了有益探索，取得了可喜的成果，但目前仍處于試驗(yàn)研究階段。影響陶瓷材料在球軸承中廣泛應(yīng)用的主要原因是它的難加工性和過(guò)高的制造成本。山東臨沂沂德鋼球制造有限責(zé)任公司科研人員對(duì)陶瓷軸承球的研究方面取得了很大進(jìn)展，加工速度較國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)提高一倍以上，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)G5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)我國(guó)陶瓷軸承實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商品化的進(jìn)程可起到一定的推進(jìn)作用。當(dāng)然，陶瓷軸承的研究還處于初期，其研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束，還需要在以下幾方面進(jìn)一步研究、探索：
一是研究適應(yīng)范圍更寬、潤(rùn)滑條件更惡劣條件下陶瓷軸承的滾動(dòng)接觸性能；
二是研究陶瓷軸承相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)配合設(shè)計(jì)，以及加工的可靠性和經(jīng)濟(jì)性；
三是陶瓷軸承相關(guān)部件無(wú)損檢測(cè)方法和破壞預(yù)測(cè)的技術(shù)；
四是制定陶瓷軸承的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。
相信陶瓷軸承進(jìn)入實(shí)用化階段已為時(shí)不遠(yuǎn)，其應(yīng)用前景十分廣闊，甚至有人所預(yù)言的那樣：陶瓷軸承今后會(huì)完全取代鋼質(zhì)軸承。 |
