作者：Chris  Johnson

編譯：洛陽LYC軸承有限公司技術中心  侯俊

本文刊登于中國軸協會刊《軸承工業》2022年第10期“專業知識”欄目

早在2000年，科學家們在巖石中發現了鋯石，這表明生命可能比之前認為的早5億年開始。這種令人難以置信的化合物產生了巨大的影響，其氧化物氧化鋯（ZrO2）也產生了巨大的影響，氧化鋯用于制造全陶瓷軸承。只有充分了解陶瓷軸承的性能特性，才能在其應用領域發揮出它的優點。選擇陶瓷軸承就必須了解以下三個問題。

1.增加的成本值得嗎？

全陶瓷軸承通常比鋼更圓、更光滑、更硬，具有優異的耐腐蝕性和耐熱性、更高的尺寸穩定性和更低的密度。然而，這是有代價的。陶瓷軸承比鋼軸承貴得多。

那么，什么時候投資陶瓷軸承才值得呢？高價值的應用程序，如實驗室設備，在每次使用應用程序時都需要滿足精確的要求。在此類設備中使用錯誤的組件可能會污染研究條件或導致研究停止。醫療設備也是如此，陶瓷軸承的非污染和非磁性證明至關重要。

以磁共振成像（MRI）為例，該成像技術主要與醫院MRI掃描儀相關。這項技術利用強磁場生成任何活體的二維或三維圖像。由于其磁性，標準鋼軸承不能用于這些掃描儀，因此陶瓷軸承是用于這些高價值應用的。

同樣，隨著集成電路制造商努力使芯片更快、更小、更便宜，半導體制造設備公司越來越依賴的陶瓷組件來實現所需的性能。使用由氮化硅而非標準氧化鋁（氧化鋁）制成的軸承可以提供電氣絕緣和良好的耐腐蝕性。

氮化硅的電阻率和介電常數與氧化鋁相似，但由于其微觀結構，該材料的強度要大得多。全陶瓷軸承可以適應半導體生產階段存在的許多挑戰性條件；從爐子溫度可以達到接近1400攝氏度，到潔凈室1級的空氣質量。突然之間，增加的成本顯然是合理的。

2.氧化鋯還是氮化硅？

有許多商用陶瓷軸承類型，所有這些類型都比傳統軸承元件具有許多優勢。用作軸承材料的典型陶瓷是氮化硅（Si3N4）和氧化鋯（ZrO2）。

氮化硅是一種很硬但也很輕的材料。它具有優異的耐水性、耐鹽水性和許多酸堿性，并且溫度范圍非常寬，適合在高真空應用中使用。氮化硅的硬度也意味著更大的脆性，因此應盡量減少沖擊或沖擊載荷，以避免開裂的風險。

氮化硅已被用作幾種航空航天應用的主要材料。值得注意的是，美國國家航空的航天飛機最初是由渦輪泵內的鋼軸承制成的——當航天飛機，尤其是其發動機，承受巨大的載荷和溫度時，這不是一個好的組合。由于這些負載，NASA工程師將軸承升級為氮化硅軸承，因為其在真空環境中的性。令人印象深刻的是，根據NASA的分析報告，與鋼軸承相比，Si3N4軸承在運行時顯示出40%的增長。

由二氧化鋯或二氧化鋯制成的陶瓷軸承是一種堅硬的陶瓷材料，其膨脹性能與鋼非常相似，盡管它們比鋼輕30%。在考慮高溫應用中的軸和軸承座配合時，這是一個優勢，在高溫應用中，軸承膨脹可能意味著軸不再適合。

雖然它們通常被稱為氧化鋯軸承，但它們實際上是由氧化釔穩定的氧化鋯制成的，這使材料在室溫下具有更大的強度和抗裂性。它們還非常防水，這意味著它們經常用于海上應用，特別是在設備淹沒的情況下，或者傳統的鋼軸承無法應對負載或速度的情況下。衡量Si3N4或ZrO2軸承是否是正確的選擇是一個復雜的決定，但一般來說，ZrO2軸承由于其的耐腐蝕性和更堅硬的性能而更常見。

3.全陶瓷還是混合陶瓷？

當大多數人想到陶瓷軸承時，他們通常指的是混合型軸承。混合軸承位于陶瓷和鋼的中間，通常包括不銹鋼滾道或套圈以及陶瓷球。混合軸承的鋼制內圈和外圈可以加工到非常小的公差，這意味著它們于電機、實驗室設備和機器工具等應用。

例如，在磨床上，通過添加陶瓷混合軸承和合成潤滑脂潤滑劑，由于摩擦減少，每分鐘轉速(RPM)可以提高25%。使用混合陶瓷的磨削主軸可以運行4000小時而不會出現問題，而使用鋼軸承的磨削主軸可以運行3000小時。混合軸承還可以將溫度降低近50%。在臥式加工中，已證實從傳統軸承切換到混合軸承后，在12,000轉/分時將軸承溫度從60℃降至36℃。使用混合軸承組合可以實現比全陶瓷軸承更高的速度，因為在高速或負載下，脆性較小的金屬圈不容易發生突然的嚴重性故障。也就是說，與全陶瓷軸承相比，混合動力軸承的耐腐蝕性相形見絀。為環境指定正確的方向一直是一個復雜的問題。但真正明白了其應用領域并權衡利弊，問這三個問題將有助于決策過程。

（資料來源：SMB）

（版權歸原作者或機構所有）