氮化硅陶瓷轴承的应用背景及优点与用途

一、氮化硅陶瓷轴承应用背景

氮化硅在轴承上最直接的应用是制作混合轴承。球或滚子是氮化硅材料，内外圈由金属制作的轴承称作混合轴承；作为混合轴承的球或其它滚子，氮化硅的应用市场越来越大，下表列出氮化硅陶瓷作为轴承材料的优点及具体应用。

氮化硅在磨损时表现出与轴承钢相似的特性，即发生剥落形成麻点，而不是完全破碎，摩擦阻力增加噪音增大，但轴承仍可运转。在贫润滑甚至干运转时，遇材质突然破坏时，也能运转，表现良好的应急状态。

二、氮化硅陶瓷轴承的优点

（1）启动力矩小。由于氮化硅陶瓷轴承只有同体积钢球重量的42%，但弹性模量是轴承钢的1.5倍，因而大大降低了启动惯性和滚动摩擦力矩。此外，由于滚动体的离心惯性力变小，使得轴承运转精度对速度不敏感。

（2）使用寿命长。除密度小，降低摩擦功耗提高寿命外，试验表明陶瓷球的滚滑比钢球大，即滑动小，从而温升小，将显著提高轴承寿命。

（3）高刚性。氮化硅陶瓷材料的弹性模量是轴承钢的1.5倍，使用精密陶瓷轴承可以大大提高轴承系统的刚度，因此精密陶瓷轴承特别适用于像滚珠丝杠这样的高精度传动机构。

（4）运转精度对温度不敏感。轴承的线膨胀系数只有钢球的29%，这样在相同温升下陶瓷球的热膨胀只有钢球的29%，因而温升对运转精度影响小。

（5）可靠性高。氮化硅陶瓷轴承在短时间失去润滑的情况下，瞬间不会与套圈发生烧结现象，恢复润滑后仍可继续工作。这样将提高轴承的可靠性，同时也提高了设备的可靠性。

（6）绝缘性好。氮化硅陶瓷材料是无磁性的和绝缘的。精密陶瓷轴承用于丝杠传动轴承，将减少摩擦起电和电荷传递可能引起系统精度改变。

（7）由于陶瓷的弹性模量比钢高，受力时不易变形，因此有利于提高工作速度，并达到较高的精度。

（8）由于陶瓷几乎不怕腐蚀，所以，轴承球适宜于在布满腐蚀性介质的恶劣条件下作业。

（9）陶瓷受热胀冷缩的影响比钢小，因而在轴承的间隙一定时，可允许轴承在温差变化较为剧烈的环境中工作。

（10）由于陶瓷滚动小球的密度比钢低，重量更要轻得多，因此转动时对外圈的离心作用可降低40%，进而使用寿命大大延长。

（11）轴承具有零腐蚀的优点。即使在不满腐蚀的工作环境中，它依然可以使用没有障碍。

（12）不管温度突然升高还是突然降低，它也可以不受任何的影响。

（13）氮化硅陶瓷轴承球较大的特点就是不会因为受力而变形，因为轴承的弹性模量比钢还要高。

（14）陶瓷滚动小球的密度比钢低很多，所以重量也就自然轻很多，因此就可以降低转动对外圈离心的摩擦，自然陶瓷轴承的使用寿命也就变长了。

三、氮化硅陶瓷轴承其它用途举例

（1）利用氮化硅材料的电绝缘性，混合轴承可用于电动汽车而不需另外的绝缘条件。

（2）另一个氮化硅轴承很好应用是在航天器主机燃料泵中，混合轴承可以在液氧液氢温度下工作，这时通常的润滑条件是不可能的。

（3）由于对润滑条件要求不高，混合轴承可用于不能使用油脂润滑的领域，如激光扫描仪心轴轴承、食品工业或高腐蚀环境的化工泵或仪器中，金属轴承已不能胜任。

在磁力泵中，轴承是由酸性介质润滑的，氮化硅的耐腐蚀性发挥了不可替代的作用。氮化硅陶瓷可用于除王水和氢氟酸外的腐蚀介质如磷酸、硫酸、硝酸、盐酸及氢氧化钠水溶液中。

在液晶、半导体制造业中，要在弱酸、弱碱液体或蒸汽中清洗元件，这时氮化硅陶瓷轴承就发挥者不可替代的作用。

（4）在镀锌工艺中，氮化硅轴承同载体一道通过锌熔体，这里如果用钢轴承寿命只有两星期，氮化硅轴承寿命可延长5-10倍。

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