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    陶瓷材料应用于轴承制造行业

    随着社会进步和科学技术的高速发展,轴承的使用环境和条件越来越多样化,对轴承的结构、材质和性能的要求也越来越高,一些高科技领域和某些特殊环境下工作的机械,如航空航天、核能、冶金、化工、石油、仪器、机械、电子、纺织、制药等工业,需要在高温、高速、高精度、真空、无磁性、无油润滑、强酸、强碱等特殊环境下工作。

    这些新的要求仅仅依靠对传统的金属轴承改进结构或改善润滑条件已经远远不能满足,必须开发新型材料,从根本上进行突破和创新。国内外研究发现某些陶瓷材料具有优异的性能,可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境,并且又具有轴承材料所要求的全部重要特性,因此将陶瓷材料应用于轴承制造,已成为世界高新技术开发与应用的热点,成为机械工作材料技术革命的标志。

    氮化硅陶瓷轴承主要用于4个方面:1、高速轴承;2、高温轴承;3、真空用轴承,4、腐蚀用轴承。氮化硅陶瓷轴承之所以能够在特殊环境和情况下工作,完全得益于氮化硅陶瓷的性能。氮化硅陶瓷使得陶瓷轴承具有以下优点:

    1、高速

    陶瓷材料的重量仅为同等钢材重量的40%,密度小这一特点,可实现轴承的轻量化和高速化,使得陶瓷轴承在高速旋转时能够抑制因离心力作用引起的滚动体载荷的增加和打滑,陶瓷轴承的转速是钢制轴承的1.3~1.5倍,其DN值可达300万,例如角接触球轴承,由于具有一定的接触角,其滚动体与滚道面之间会产生旋转滑动,当采用密度小的陶瓷滚动体时,不仅旋转滑动小,而且对轴承发热和表面损伤均起到有益的作用,对于航空航天飞行器也是非常有益的。

    2、高刚性

    氮化硅陶瓷的弹性模量比金属高得多,是金属的1.5倍,因而受力后的弹性变形小,相对载荷的刚性高,大约可提高刚度15%~20%,从而减轻了机床的振动。在高精密系统中获得了良好的应用价值,如超精密机床的主轴、高精度的航天轴承等。

    3、长寿命

    由于陶瓷材料位错少,迁移率低,且具有高的硬度,一般较金属的硬度要高1倍多,能够减少磨损,使得陶瓷轴承具有好的耐磨性。此外,氮化硅陶瓷的机械强度并不低,其抗拉强度和抗弯强度与金属相当;而抗压强度极高,大约是金属材料的5~7倍,尤其是在高温条件下,仍能保持高的强度和硬度,即使在1200℃时强度也基本保持不变,在有异物混入的情况下,陶瓷球很少产生剥落失效,因此,耐压痕性好的陶瓷轴承通常具有更长的寿命,一般较钢制轴承提高3~5倍。

    4、低发热

    由于氮化硅陶瓷材料的摩擦系数较小,大约是标准轴承钢的30%,所以与金属材料相比,氮化硅陶瓷的导热性能较差,因此陶瓷轴承工作时产生的热量较小,可延长润滑脂的寿命。