軸承理想材料――氮化硅陶瓷

隨著機械制造業向高精度、高速度方向發展，軸承應用范圍越來越廣，對軸承的性能要求也越來越高，尤其是在一些特殊工作環境下，金屬軸承無法適應需求，甚至完全無法工作。而陶瓷材料因具有密度小、彈性模量高、線膨脹系數小、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等優良性能，成為高速制造精密軸承的理想材料。

氮化硅陶瓷的優點和特性

雖然氮化硅在工業陶瓷中不是硬的，韌性也不是的，但是在要求高性能的軸承應用中，氮化硅被認為具有佳的機械物理綜合特性。下面來看一下，氮化硅與其它軸承材料相比的優異之處。

5種軸承材料性能對比

耐熱性

一般鋼制的軸承使用溫度超過120℃時，硬度就會降低，滾動壽命也會下降。而氮化硅具有很好的溫度特性，特別適用于高溫環境。

離心力

氮化硅的密度約為3.24×103kg/m³，而軸承鋼的密度約為7.8×103kg/m³，僅為軸承鋼密度的40%左右，所以當滾動體使用軸承時，軸承在高速旋轉時能夠抑制因離心力作用引起的滾動體載荷的增加。

線膨脹系數

氮化硅的線膨脹系數大約是軸承鋼的1/4，所以隨溫度變化的尺寸變化量小，故有益于在溫度變化大的環境中使用。

硬度、彈性系數、泊松比

因為氮化硅的彈性系數大約是軸承鋼的1.5倍，所以相對載荷的彈性變形小，相對載荷的鋼性較高。

耐腐蝕、無磁性、絕緣性

化工機械設備、食品、海洋等部門使用的機器，采用鋼制軸承時，其腐蝕就是個問題。在強磁環境中，使用鋼制軸承，從軸承本身磨損下來的微粉被吸附在滾動體和滾動面之間，這將成為軸承提早剝落損壞和噪聲增大的主要原因。

氮化硅陶瓷軸承的制備

氮化硅陶瓷軸承制備過程

氮化硅陶瓷粉末的制取

軸承零件用氮化硅粉末要求具有以下重要特性：純度高；高均勻而細的顆粒；α相含量高。符合此要求的制備氮化硅粉末的方法為碳熱還原氮化法，其反應式為：3SiO2+6C+2N2=Si3N4+6CO，此種方法得到的粉末含金屬雜質較少，純度高，顆粒細，α相含量高，符合軸承零件用材的要求。

氮化硅陶瓷軸承相關部件成型

氮化硅陶瓷軸承相關部件的制備方法很多，如反應燒結法、熱壓燒結法、無壓燒結法、二次反應燒結法。為了獲得完全致密的氮化硅材料，采用熱等靜壓法比較理想。

氮化硅陶瓷軸承相關部件加工

氮化硅陶瓷軸承相關部件的加工基本與軸承鋼材部件加工相似，磨削機理基本相同。但是由于氮化硅的各種性能與鋼材的性能存有較大的差異，所以在機械加工中磨削工具、加工系數、研磨混合劑等均有相當大的差別，各工序對于磨料的粒度、種類、形狀、數量、強度、破碎特性、磨損特性等要求均有所不同。目前使用的磨料主要有碳化硅、碳化硼、金剛石粉等。

氮化硅陶瓷軸承的裝配

一般滾動軸承是由四種主要零件組成的，即外圈、內圈、滾動體及保持架。由于滾動軸承有十大類之多，不同類型的軸承采用的保持架形式各不相同，因此軸承的裝配方式也不盡相同。

氮化硅陶瓷軸承作為一種重要的機械基礎件，由于其具有其他軸承所無法比擬的優良特性，在新材料世界獨領風騷。近年來，其在航空航天、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，氮化硅陶瓷軸承不可缺少的替代作用正在被人們逐漸地認識。

（來源：新昌軸承產業創新服務綜合體）