陶瓷轴承的介绍


发布时间:

2025-03-27

陶瓷轴承是一种使用陶瓷材料(如氮化硅、氧化锆、碳化硅等)作为滚动体或内外圈的高性能轴承。与传统钢制轴承相比,陶瓷轴承具有独特的优势,但也存在一些局限性。

一、陶瓷轴承的主要类型
 
全陶瓷轴承:滚动体(球或滚子)和内外圈均由陶瓷材料制成(如氮化硅Si₃N₄或氧化锆ZrO₂)。
混合陶瓷轴承:滚动体为陶瓷(通常为氮化硅),内外圈仍为钢制,兼具性能与成本优势。
陶瓷涂层轴承:金属基体表面涂覆陶瓷层(如类金刚石碳涂层),改善表面性能。
二、陶瓷轴承的特点
 
1、优点:
耐腐蚀性强:陶瓷材料几乎不怕腐蚀,可在布满腐蚀性介质的恶劣条件下作业,如强酸、强碱、无机、有机盐、海水等环境。
重量轻:陶瓷滚动小球的密度比钢低,重量轻,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。
热膨胀小:受热胀冷缩的影响比钢小,可在温差变化较为剧烈的环境中工作。
高弹性模量:受力时不易变形,有利于提高工作速度,并达到较高的精度。
无磁性、绝缘性好:可用于退磁设备、精密仪器等需要无磁、绝缘的场合。
自润滑性好:具有无油自润滑特性,可在超高真空环境中克服普通轴承无法实现润滑的难题。
耐高温:材料本身具有耐高温度1200℃,且自润滑好,使用温度在100℃-800℃间不产生因温差造成的膨胀。
高速性能好:具有耐寒性、受力弹性小、抗压力大、导热性能差、自重轻、摩擦系数小等优点,可应用在12000转/分-75000转/分的高速主轴及其它高精度设备中。
2、局限性:
脆性大:陶瓷材料的脆性较大,抗冲击性能相对较差,在安装和使用过程中需要特别注意避免受到较大的冲击力。
价格高:与传统金属轴承相比,陶瓷轴承的制造工艺复杂,成本较高,导致其价格相对昂贵,这在一定程度上限制了其广泛应用。
三、陶瓷轴承的应用
 
航空航天领域:用于飞机、火箭、卫星等航天器的涡轮机、发动机、舵机、螺旋桨等高速旋转部件。
化工领域:在酸洗机、化工泵等设备中广泛应用,可承受腐蚀性气体或液体的侵蚀。
机械制造领域:如电机、水泵、离心机、高速液压泵、机床等,可减少噪音、提高转速和寿命,降低设备维护成本。
医疗领域:应用于手术室设备、透析机等医疗设备中,保证设备的精度和可靠性,减少维护和保养时间。
电子领域:在高速风扇、高速硬盘马达、精密电机等电子设备中,可减少摩擦损失,提高转速和寿命。
四、陶瓷轴承选材注意事项
 
氧化锆(ZrO₂):全陶瓷轴承的套圈及滚动体采用氧化锆陶瓷材料,保持器使用聚四氟乙烯作为标准配置,也可使用玻璃纤维增强的尼龙66、特种工程塑料、不锈钢、黄铜等。
氮化硅(Si₃N₄):氮化硅全陶瓷轴承套圈及滚动体采用氮化硅陶瓷材料,一般也可使用玻璃纤维增强的尼龙66、聚醚醚酮、聚酰亚胺以及酚醛夹布胶木管等。氮化硅制全陶瓷轴承相比较氧化锆材料可适用于更高转速及负荷,以及适用于更高的环境温度。
碳化硅(SiC):可作为全陶瓷轴承的材料之一。
润滑适配:即使标称“免润滑”,添加专用润滑剂(如全氟聚醚油)可延长寿命。
配合公差:陶瓷与金属的热膨胀差异需通过过盈量设计补偿。
五、应用领域
 
航空航天领域:用于航天器发动机燃料泵、飞机襟翼调节器、气轮机引擎等,确保在极端条件下可靠运行。
汽车工业:可应用于汽车涡轮充电机,满足其对轴承速度、加速反应、低扭矩、低振动和低温升的要求。
医疗器械领域:如高速牙钻和外科锯等,经久耐用且经得起消毒。
电子设备领域:在半导体制造设备中使用可避免电磁干扰,适应高温、洁净等特殊生产条件。
机械加工领域:适用于高速磨床、精密机床、自动化生产线等,能承受高转速离心力,提高加工精度和设备寿命。
随着加工技术的进步和工艺水平的提高,陶瓷轴承的成本正在逐步下降,这促使其在国民经济各个工业领域的应用越来越广泛,从高端市场逐步走向大众市场的过程中,陶瓷轴承正逐渐成为各行各业不可或缺的重要组件之一。无论是在石油化工、汽车制造还是在电子设备等领域,陶瓷轴承都发挥着重要作用,推动着现代科技的发展与进步。