陶瓷球軸承

陶瓷球熱膨脹係數小，在高溫環境下不會因為溫度的原因導致軸承球膨脹，這樣大大提高了整個軸承的使用溫度，普通軸承的溫度在160度左右，陶瓷球的可以達到220度以上. 馬 13-967-37-76-90

陶瓷球具有無油自潤滑屬性，陶瓷球摩擦係數小，所以陶瓷球軸承具有很高的轉速。據統計採用陶瓷球的軸承是一般軸承的轉速1.5倍以上的轉速.

陶瓷球可以不加任何油脂，也就是說即使油脂幹掉，軸承還是可以運作的，這樣就避免了普通軸承中因為油脂幹掉導致的軸承過早損壞現象的發生。據我們測試以及一些客戶的反饋使用陶瓷球后的軸承的使用壽命是普通軸承的2-3倍.

最後一點也是最重要的一點，絕緣，採用陶瓷球的軸承，可以使軸承的內外圈之間絕緣，因為陶瓷球是絕緣體，在軸承的內外圈之間用陶瓷球，就可以達到絕緣的效果。這樣就使軸承能夠在導電的環境下使用了。滾動軸承由套圈、滾動體、保持器、潤滑脂、密封件組成，當滾動體採用陶瓷材料后，此滾動軸承就定義為陶瓷球軸承。

因為陶瓷球本身具有自潤滑性能，所以潤滑可以按使用要求，可以有潤 滑脂也可以不加潤滑脂。密封件也是可以按使用要求，決定陶瓷球軸承是否帶密封件。保持器也是可以按使用要求是否採用。那麼套圈、滾動體是軸承兩個不可缺少的要素，當這兩個要素不是同一種材料時，就有了混合軸承(Hybrid construction bearing)的說法。當滾動體採用陶瓷材料時就定義為混合陶瓷球軸承(Hybrid construction ceramic ball bearing)。常用的陶瓷球材料有氧化鋯（ZRO2）和氮化硅（SI3N4）；常用的套圈材料有軸承鋼（GCR15）和不銹鐵（440、440C）及不鏽鋼（304、316、316L）。

按照使用環境、轉速、負荷、溫度，及使用時的要求，陶瓷球軸承的套圈和滾動體可以由以上材料互相組合，並起到不同的使用效果。

陶瓷球軸承的代號：

HY +套圈材料+軸承型號+密封型式——球的材料 ——保持器材料 ——潤滑脂

套圈材料：S表示不銹鐵 SS表示不鏽鋼 具體用什麼材料可以用掛號標註說明

實踐證明，作為軸承材料還必須具有在不同溫度下的尺寸穩定性，以保證軸承在溫度變化的工作環境下，保持精密的尺寸和精確的配合，在特殊環境下還必須具備抗腐蝕、抗分解能力．總之，用以製造滾動軸 承零件的陶瓷材料應具備以下性能特點： 1)低密度．由於滾動體密度減小，高速工作時其離心載荷也減小，從而可在更高轉速下工作． 2)中等彈性模量．彈性模量太大會因應力集中而降低軸襯的承載能力． 3)熱膨脹係數小．減小對溫度變化的敏感性，使軸承工作溫度範圍更寬． 4)高抗壓強度．抗壓強度高是滾動軸承承受高應力的需要． 5)高硬度和高韌性．這兩個特性相結合可獲得較好的表面粗糙度；而且能防止外界粒子和衝擊的損傷． 6)良好的抗滾動接觸疲勞性和具有剝落失效模式． 7)特殊場合應具有耐高溫、耐腐蝕和穩定性．

套圈和滾動體接觸點受到外加負荷和旋轉的作用，因而反覆產生接觸壓力和變形。由於鋼製軸承自身材料性能特點，軸承失效的主要形式是疲勞剝落，疲勞壽命短，應用範圍受到很大限制。而陶瓷材料具有低密度，中等彈性模量，熱膨脹係數小，硬度高，耐高溫，耐腐蝕，無磁等優點，以氮化硅陶瓷球為滾動體的陶瓷球軸承可顯著提高軸承接觸疲勞壽命，極大拓展了滾動軸承的應用領域，已廣泛應用於各種高精度、高轉速機床，汽車、賽車、地鐵、電機、航空發動機、石油化工機械、冶金機械等領域。

陶瓷軸承的應用領域日益廣泛，但在工業領域中成功應用的還是陶瓷球軸承．應用較多的為氮化硅陶瓷球軸承．它的優點是：極限轉速高、精度保持性好、啟動力矩小、剛度高、干運轉性好、壽命長，非常適合於在高速、高溫以及腐蝕、輻射條件下保持高精度、長時間運轉，主要用於數控機床和高速精密機械中，如高速電主軸軸承、機床主軸軸承、牙鑽軸承、儀器儀錶用軸承，計算機硬碟驅動器軸承等．此外，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，使用陶瓷球軸承的機床主軸具有良好的運轉精度．

混合型陶瓷軸承已成功地應用於高速機床的主軸中，並已進入實用化階段，如日本牧野等公司生產的HPM型超精密車床等，主軸轉速為16 000 r/min，而美國MIKRO公司生產的HSM700高速加工中心，主軸轉速已達到42 000 r/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．

陶瓷軸承作為一種重要的機械基礎件，由於其具有金屬軸承所無法比擬的優良性能，抗高溫、超強度等在新材料世界獨領風騷。近十多年來，在國計民生的各個領域中得到了日益廣泛的應用。航空航天、航海、核工業、石油、化工、輕紡工業、機械、冶金、電力、食品、機車、地鐵、高速機床及科研國防軍事技術等領域需要在高溫、高速、深冷、易燃、易爆、強腐蝕、真空、電絕緣、無磁、干摩擦等特殊工況下工作，產品市場價格也逐漸接近實用化，達到用戶可接受的程度，陶瓷軸承大面積應用的浪潮已經湧來。

20世紀60年代以來，隨著陶瓷材料的開發與應用，陶瓷軸承也得以發展．美國諾頓公司已將氮化硅陶瓷軸承應用在太空梭的液壓泵上，軸承的運轉速度提高了50%～100%，美國一家公司向美國宇航工業供應的陶瓷軸承已在800*(2的高溫下使用；日本主要飛機發動機製造商石川島播還將鋼一陶瓷混合軸承及全陶瓷軸承在發動機上進行了試驗．

1. 低密度：由於陶瓷滾動體材料密度低，離心載荷小，從而可在更高轉速下工作，而且產生熱量較少。

2. 中等彈性模量:陶瓷滾動體的彈性模量比鋼製滾動體高，則軸承的動態剛度提高，但是彈性模量太大會因應力集中而降低軸承的承載能力。

3. 熱膨脹係數小: 熱膨脹係數小有助於減小對溫度變化的敏感性，從而防止卡死。對混合滾子軸承，可適用的運轉速度範圍更寬。

4. 抗壓強度高: 抗壓強度高是滾動軸承承受高接觸應力的需要（對於陶瓷材料，其強度通常是通過三點或四點彎曲試驗測得的斷裂模量決定）。

5. 高硬度和高韌性: 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衝擊的損傷。

6. 良好的抗滾動接觸疲勞特性: 此性能對軸承滾動體的要求至關重要。

7. 剝落失效形式: 如果滾動體在工作中失效，則應是疲勞剝落，該實效形式在卡死前有預兆，是一種造成危害最小的實效形式。在一些應用條件較高的應用領域陶瓷材料還具備一些特殊性能。

8. 耐高溫和穩定性: 在高達800℃高溫環境中能穩定保持其機械性能。

9. 耐腐蝕: 在氧化和腐蝕環境，尤其是在反覆滾動而擠掉表面油膜的接觸區應具有抗氧化和腐蝕穩定性。

工業用氮化硅陶瓷材料和軸承鋼的性能力

密度（Kg/m3） 3250 7800 楊氏模量（GPa） 310 210 抗壓強度（MPa） >3500

斷裂模量（MPa） 700－1000 維氏硬度（GPa） 14－18 8 韌性（MPa· m1/2） 5－8 16－20

熱膨脹係數（×10-2/°K） 3 12 熱傳導率（W/mK） 20 30 比熱（J/KgK） 800 450

使用上限溫度（°K） 1050 400－600 抗熱衝擊 高 很高 滾動接觸疲勞失效形式 剝落 剝落

由於陶瓷球軸承是一種重要的機械基礎零部件，它具有金屬軸承無法 比擬的優異性能，因此，在各個領域中都得到了日益廣泛的應用．從應用的效果上看，最突出的效果是較大地提高了軸承的使用壽命和極限轉速，為發展高速、高精度機床提供了基礎零部件．另外，在高溫、腐蝕、絕緣、真空等行業的應用也已取得了良好效果．基於它應用範圍廣，因此，為其發展帶來了更大的生機和活力．

另外，開發者應注意那些金屬軸承無法勝任的、而陶瓷軸承完全有能力去替代的最普通的工作．如污水處理、海洋開發、石油勘探、醫藥衛生、食品工業等諸多領域中實際使用的一般精度等級，中、低轉速，要求軸承能夠有耐一定濃度的酸、鹼、鹽腐蝕，耐幾百度高溫，不導磁、電，無毒性，可在無油或利用工作介質自身潤滑的工作領域．這些領域應用的軸承占特種軸承應用的比例非常大，市場廣闊，值得我們開發．研發機構應抓住機遇，開拓市場，降低製造成本，促進高性能陶瓷材料的規模化生產，使具有廣闊市場前景的陶瓷材料的應用早日實現產業化．

陶瓷軸承和陶瓷球軸承是軸承大類中一支奇葩，是新工藝、新材料、新結構的一種完美的結合。作為承運機械轉動的基礎件，由於其具有金屬軸承所無法比擬的優良性能，在各種特殊環境、惡劣環境下得到廣泛的應用。因為具有抗高溫、耐低寒、耐腐蝕、絕電、阻磁、低密度、高強度等性能在新材料世界獨領風騷。

近十多年來，在國計民生的各個領域中得到了日益廣泛的應用。在航空航天、航海、核工業、石油、化工、輕紡工業、機械、冶金、電力、新能源、食品、機車、地鐵、高速機床及科研國防軍事技術等領域需要在高溫、高速、深冷、易燃、易爆、強腐蝕、真空、電絕緣、無磁、干摩擦、易生鏽等特殊工況下工作，陶瓷軸承不可或缺的替代作用正在被人們逐漸地認識。隨著加工技術的不斷進步，工藝水平的日益提高，陶瓷軸承的成本不斷下降，已經從過去只在一些高、精、尖領域小範圍內應用，逐步推廣到國民經濟各個工業領域。批量化的生產使市場價格也逐漸接近實用化，達到用戶可接受的程度。通過不同行業批量化、長時間的使用考驗。許多成功的案例體味到了陶瓷軸承和陶瓷球軸承所帶來的免維護、長壽命、高穩定、低成本的優越性。陶瓷軸承和陶瓷球已從研究、試製階段走向批量化生產的階段，大面積應用的浪潮已經湧來。

陶瓷球軸承的分類

按材料分：陶瓷軸承可以分為氧化鋯陶瓷軸承、氮化硅陶瓷軸承、複合陶瓷材料軸承。

按結構分：陶瓷軸承可以分為：氧化鋯帶保持器陶瓷軸承、氮化硅帶保持器陶瓷軸承、複合帶保持器陶瓷軸承。一般陶瓷軸承的保持器材料以聚四氟乙烯（PTFE）作為標準配置，還可以採用玻璃纖維增強的尼龍66（GRPA66-25），特種工程塑料（PEEK，PI），不鏽鋼（SUS316、SUS304），黃銅（Cu）等。陶瓷材料保持架因兜孔加工、成型技術等難題，現還較少採用；由於保持器的材料限制針對特種使用場合又開發了無保持器的氧化鋯滿球全陶瓷軸承和氮化硅滿球全陶瓷軸承和複合滿球陶瓷軸承。

按材料的完整性分：上面所說到的陶瓷軸承的主要部件內外圈和滾動體多是採用陶瓷材料，就定義為陶瓷軸承；如果軸承的內外圈和滾動體有一部分不是採用陶瓷材料時我們就定義為混合陶瓷軸承。混合陶瓷軸承中運用比較廣泛的就是球採用陶瓷材料稱為陶瓷球軸承，可分為氧化鋯陶瓷球軸承、氮化硅陶瓷球軸承。

不同材料和不同結構的陶瓷軸承和陶瓷球軸承在使用時需要注意的問題也各不相同，具體細節請查詢陶瓷軸承和陶瓷球軸承的專業生產廠家獲取更多的幫助。

第一套陶瓷軸承誕生在美國（NASA）宇航局，自1972年第一套陶瓷 軸承研製成功后，世界各國就一直在競相開發、研製新一代更高性能的陶瓷軸承，經過近四拾年的努力陶瓷軸承最突出的效果是較大幅度地提高了軸承的使用壽命和極限轉速，為發展高速和超高速、高精密機床提供了基礎零部件。除此以外，在高溫、腐蝕、絕緣、真空、化工等行業的應用也已取得了良好效果。當今世界著名的軸承公司無一不在研發、生產陶瓷軸承和陶瓷球軸承，而產品的質量高低，已成為衡量其企業實力的一個重要標誌。據不完全統計，到目前為止，國外能夠生產陶瓷軸承的有：美國、日本、德國、法國、俄羅斯、韓國、英國等十幾個國家。其中陶瓷球軸承的生產在國外起步較早，運用的場合範圍較廣，比如數控機床用陶瓷球軸承、磨床電主軸用陶瓷球軸承、機床滾珠絲杠用陶瓷球軸承等。陶瓷球軸承的高耐磨性、自潤滑性、超高轉速等性能得到了淋漓盡致的發揮，也為高精度機床、高速機床、特種環境設備作出了貢獻。作為陶瓷球軸承的核心部件－－-陶瓷球體，國外的研發和競爭也比較激烈。美國的Norton公司採用HIP法生產的陶瓷球在國際上堪稱一流水平。世界各國研究陶瓷球軸承處於領先水平的主要公司有瑞典的SKF、德國的FAG、法國的聖戈班、日本的NSK、KOYO、NMB（美培亞）、日本的MSRHK等。

軸承是機械行業生產量較大、應用面廣的產品，其中球軸承所佔的比例最大．國內外都把陶瓷軸承的研發重點放在陶瓷球軸承方面．陶瓷球軸承可分為混合式陶瓷球軸承和全陶瓷球軸承2種．其中，混合式陶瓷球軸承指軸承中僅有滾動體零件是由陶瓷材料製成，而全陶瓷軸承是指軸承內外圈和滾動體全部都由陶瓷材料製成的．混合式陶瓷球軸承又可分為3種：第一種，球用陶瓷材料，而其餘仍用金屬材料；第二種，球、內圈為陶瓷，而外圈為金屬材料；第三種，球與外圈為陶瓷，內圈為金屬材料．用工程陶瓷作為軸承材料，具有良好的機械和熱性能，即具有足夠的強度、剛度、硬度、斷裂韌性、抗壓衝擊力、耐高溫、抗氧化能力、比重小等一系列比金屬材料更好的性能．適用於做軸承的陶瓷材料主要有氮化硅(si3N4)、氧化鋯(ZrOe)、氧化鋁，這3種陶瓷材料中，氮化硅綜合性能優越，已成為陶瓷軸承的首選材質．它的特點在於失效形式與軸承鋼一樣，是以有先兆的剝落方式出現，而氧化鋯、氧化鋁均以碎裂的失效形式出現．

國內陶瓷球軸承的發展現狀

一、陶瓷軸承在國內研究起步較晚，目前國內研究開發陶瓷軸承和陶瓷球軸承的大學、院所有：上海硅酸鹽研究所、上海材料所、山東工陶院、廣東工業大學、天津大學、洛軸所等。國內的陶瓷軸承生產企業主要分佈在北京、上海、和浙江。洛軸所與上海硅酸鹽所做了一些樣品之外，還沒有見到產業化的企業。與國外相比，我國陶瓷軸承的發展形勢不容樂觀。國內能夠形成產業化規模生產陶瓷軸承的企業幾乎沒有。究其根源，當然是多方面的因素影響，如技術水平、人才、資金等，尤其是市場摸不清，信心不足。當前國內對陶瓷軸承和陶瓷球軸承的研究開發工作，總的說來還有幾個方面存在著問題，嚴重製約了我國陶瓷軸承和陶瓷球軸承的發展。

陶瓷球軸承研究開發存在的問題

首先，我們見諸報道的都是高速、高精度的陶瓷球軸承的研發，且 通常多以圍繞氮化硅球為主。

展望陶瓷球軸承的使用前景

陶瓷軸承和陶瓷球軸承所具有的諸多優良性能如：自潤滑、耐高溫、耐腐蝕、防磁、電絕緣等，尚待在更寬的領域內開發利用，潛在的應用領域十分巨大。第一高質量的高速陶瓷球軸承：能很好的服務於國內機床行業，高速、高精度主軸、電主軸的軸承用量相當大，估計每年的需求量在幾拾萬套以上。但是高精度機床主軸軸承要求軸承的加工精度相對較高，質量較苛刻，象P4級軸承要求G5級以上的高精度陶瓷球，目前國內能夠生產的廠家寥寥無幾，產品的穩定性也較差。第二：中等質量的陶瓷軸承在石油勘探、原油冶鍊、尤其是精細化工、化纖、新能源、印染、電鍍業、污水處理、海洋開發、深水泵、酸鹼泵、高溫、真空、核磁共振、電絕緣、醫藥衛生、X射線管及食品工業等諸多領域中能得到廣泛和良好的使用。很多隻要求一般精度等級；中、低轉速和負荷；要求軸承能夠耐一定濃度的酸、鹼、鹽腐蝕；耐300￣400℃高溫；不導磁、電、無毒性；可在無油或利用工作介質自身潤滑等；在海水中也可以使用。在這些領域應用的軸承占特種軸承的比例非常大，而且陶瓷軸承和陶瓷球軸承完全有能力去替代、並能達到金屬軸承勉強勝任和無法勝任的工作，工程陶瓷具有它不可替換的地位。具有這樣一個龐大的市場為前提，我們在產品的開發和製造上完全可以創出一條新路，去拓寬陶瓷軸承的更大應用領域。使新材料、新工藝、新技術更好的服務於生產。

國內陶瓷球軸承存在的問題

首先，我們見諸報道的都是高速、高精度的陶瓷球軸承的研發，且通常多以圍繞氮化硅球為主，主要解決的問題，一個是陶瓷球的制坯研究，另一個是高精度陶瓷球的加工工藝方法研究，在使用上多屬高速機床、數控機床、電主軸等高速場合，長壽命或低雜訊等要求的陶瓷球軸承，自始至終沒能脫離SI3N4球坯的製造和加工，對新型材料如：SiC、ZrO2、ZTA、Sialon等材料的研究尚屬少量，生產實踐證明，應用ZrO2的廠家占絕大多數。由於顧慮成本原因造成好的材料和工藝無法大規模運用。我國企業生產的低雜訊、干摩擦、防靜電陶瓷球軸承和日本企業生產的相同規格的陶瓷球軸承進行過詳細的對比，在分貝上就相差2個db，好的產品可以做到20db。和國外產品相同。但價格才定位在NMB公司的15%左右。可以和國內家用電器的電機直接配套。但這樣的價格和普通軸承相比還是高出了一大截，只有在高檔的和出口的家用電器電機里才能得到使用。

其次，陶瓷軸承和陶瓷球軸承的生產是高技術陶瓷與軸承製造技術的產業化結合，二者的專業化程度均 很高，如不解決陶瓷與軸承的產業結合問題，實現優質大批量、低成本生產，滿足市場需求就是一句空話。而今，國內能夠生產軸承的企業製造不了陶瓷材料，能夠生產陶瓷材料的企業製造不了軸承，專業和學科之間在實際應用上嚴重脫節，一些軸承生產企業對陶瓷軸承和陶瓷球軸承在專業知識尤其是陶瓷材料科學與工程上研究比較少，人們熟知的是陶瓷軸承和陶瓷球軸承的表面內容。造成了一種是陶瓷材料做成的軸承就是陶瓷軸承，加入陶瓷球就是陶瓷球軸承的局面。國內的陶瓷軸承和陶瓷球軸承只能在耐腐蝕、絕電、絕磁、低轉速、輕負荷的環境下使用。還有就是國內陶瓷材料的製造存在較大的問題，在工藝和技術還沒有過關的前提下，盲目追求低價造成材料的性能根本無法達預期的效果。使得陶瓷軸承和陶瓷球軸承的發展走入新的歧途，也造成較多的使用單位對陶瓷軸承和陶瓷球軸承失去信心。

再者，作為高技術產品的研發，要經過技術密集型投入和資金密集型投入兩個階段，產業化生產陶瓷軸承，既要攻克許多技術難點，和使用難題又需要較大的資金投入，還要把握市場定位，需要業內有識之士以發展國內陶瓷軸承和陶瓷球軸承的高水準為己任。低價的競爭勢必帶來粗製濫造和市場的進一步惡化。原始資本的積累和持續的再投入必須服務於陶瓷軸承和陶瓷球軸承往更高質量的領域發展。我國陶瓷軸承現階段的發展表現為散亂、各自為政、小規模局部化生產缺乏整體意識和宏觀戰略思想。