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先進陶瓷的應用真不少。這類特殊的材料由離子鍵和共建件組合，不僅具有優異的耐高溫、耐化學腐蝕、抗侵蝕、良好的生物相容性，還具有優異特殊的電學、光學、磁學、壓電和熱電等功能特性，廣泛應用于機械化工、生物醫療、電子電器、新能源、核電、航空航天、國防軍工等領域。今天我們一起來看看它的一個細分門類：陶瓷軸承材料。

素材來源：CAC2021先進陶瓷展展品

陶瓷軸承是一個總稱呼，可細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的氮化硅滾動體組裝而成，具有電絕緣特性。與帶鋼滾動體的軸承相比，混合陶瓷軸承（下文主要以氮化硅滾動體為例說明）的優點包括：

陶瓷混合軸承

①、防止電流腐蝕

電機運行時，轉軸兩端之間或軸與軸之間產生的電位差叫做軸電壓。若軸兩端通過電機機座等構成回路，則在軸電壓的作用下產生軸電流。軸電流是軸電壓通過電機、軸承、定子機座或輔助裝置構成閉合回路產生，因正常情況下軸電壓較低，軸承內的潤滑油膜能起到絕緣作用而扼制軸電流產生；但當軸電壓較高，或電機起動瞬間油膜未穩定形成時，軸電壓將使潤滑油膜放電擊穿形成通路產生軸電流。

軸電流局部放電能量釋放產生的高溫，可以融化軸承內圈、外圈或滾珠上許多微小區域，并形成凹槽，從而產生噪聲、振動，若不能及時發現處理將導致軸承失效，對生產帶來極大影響。變頻調速系統中高頻軸電流對軸承的電蝕最顯著的特征是在電機軸承內外圈、滾珠上產生“搓板”式密密的凹槽條紋。從根本上消除電機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，軸電流繞過軸承泄掉；二是采用絕緣軸承，阻斷軸電流通過軸承的路徑，為了阻斷軸電流通路，電機至少有一端要用電絕緣軸承。

因軸電流腐蝕產生的“搓板”式的密密凹槽條紋

軸電流常會發生在輪對軸承和牽引電機（軌道車輛）、直流和交流電機（動力傳輸系統）及發電機（風電）上。軸電流會可能導致滾道和滾動體的損壞及潤滑劑的老化，從而引起電機或發電機過早發生故障，造成維修費用的增加并帶來停機停產等造成的損失。解決這些問題的最佳方案就是使用電絕緣軸承。無論是內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，具有絕緣的能力。混合式軸承的滾動體由陶瓷制成，由滾動體來防止電流通過，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。

在風電機組的發電機應用中，經常指定要使用混合陶瓷軸承

②、有效提高轉速

氮化硅滾動體的密度比相同尺寸的軸承鋼滾動體的密度低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和停止能力出眾。此外，陶瓷球具有無油自潤滑屬性,陶瓷球摩擦系數小,所以陶瓷球軸承具有很高的轉速.計統計采用陶瓷球的軸承是一般軸承的轉速1.5倍以上的轉速。

混合型陶瓷軸承已成功地應用于高速機床的主軸中，并已進入實用化階段，如日本牧野等公司生產的HPM型超精密車床等，主軸轉速為16000r/min，而美國MIKRO公司生產的HSM700高速加工中心，主軸轉速已達到42000r/min，切削速度提高了5~10倍，此外，混合型陶瓷軸承還用應在電主軸、渦流分子泵等高轉速的設備中。

③、使用壽命長

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

④、高硬度和高韌性

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

⑤、軸承剛度更高

軸承的剛度是指在負荷作用下，軸承出現彈性變形的程度。剛度影響到軸承振動、噪聲、壽命和旋轉精度等各方面，是軸承分析中的一個重要性能參數。這種變形一般很小，可以忽略不計，但在某些應用，例如機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床主軸具有良好的運轉精度。

⑥、對溫度變化的敏感度較低

氮化硅滾動體具有較低的熱膨脹系數，熱膨脹系數小有助于減小對溫度變化的敏感性，從而防止卡死。對混合滾子軸承，可適用的運轉速度范圍更寬。

目前陶瓷混合軸承廣泛用于電動機、航空航天應用、高性能賽車、實驗室設備、水下應用等。陶瓷混合軸承可輕松滿足達到更高速度、更低摩擦和更長壽命的要求。

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用領域已經表現的很不錯，但是在非常極端的少數領域。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運行，全陶瓷軸承具有高度的耐腐蝕性，可耐受大多數常見的酸，它們在暴露于水或鹽水中時不會腐蝕。

氮化硅全陶瓷軸承

全陶瓷軸承的一些典型應用領域有核磁共振設備，高度真空環境，半導體制造，放療及其它需要抗腐蝕性、不導電或無磁性的應用環境。

如下是幾款典型的全陶瓷軸承的應用特點

編輯：粉體圈Alpha

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