氮化硅陶瓷轴承

氮化硅陶瓷轴承

1.应用背景

高性能氮化硅基结构陶瓷利用其耐磨、耐腐蚀、抗氧化、低比重和高强度等性能作为结构材料广泛用于机械、冶金、化工、交通、能源、环保和纺织等行业，是高性能陶瓷材料最优秀、最有应用前景的结构陶瓷之一。

氮化硅在轴承上最直接的应用是制作混合轴承。球或滚子是氮化硅材料，内外圈由金属制作的轴承称作混合轴承，作为混合轴承的球或其它滚子，氮化硅的应用市场越来越大，下表列出氮化硅陶瓷作为轴承材料的优点及具体应用。氮化硅在磨损时表现出与轴承钢相似的特性，即发生剥落形成麻点，而不是完全破碎，摩擦阻力增加噪音增大，但轴承仍可运转。在贫润滑甚至干运转时，遇材质突然破坏时，也能运转，表现良好的应急状态。

氮化硅陶瓷作为轴承材料的优点及具体应用

性能应用

重量轻

耐磨

耐腐蚀

高扬氏模量绝缘

无磁性

耐高温车床主轴轴承涡流分子泵

牙医用电机轴承真空设备轴承食品工业用轴承航空轴承

体育竞技轴承

混合轴承与钢轴承相比有特殊的优点，例如作为机床主轴轴承具有以下特性：

使用寿命大大增加

高刚性，低振动

高精度，即使有油脂润滑

突然破坏时有前兆，且可维持一定运转

摩擦小因而温升小

在密封工况下，整个使用过程中，润滑维护费用低

混合轴承这些优点主要是由于氮化硅高表面光洁度，刚性大而与滚道接触面积小及氮化硅与钢之间摩擦系数小。混合轴承对润滑条件要求小，对于普通钢轴承有效的油脂润滑、贫润滑直至苛刻的干运转，混合轴承都能完全胜任。

氮化硅陶瓷轴承其它用途举例：

1)利用氮化硅材料的电绝缘性，混合轴承可用于电动汽车而不需另外的绝缘条件。

2)另一个氮化硅轴承很好应用是在航天器主机燃料泵中，混合轴承可以在液氧液氢温度下工作，这时通常的润滑条件是不可能的。

3)由于对润滑条件要求不高，混合轴承可用于不能使用油脂润滑的领域，如激光扫描仪心轴轴承、食品工业或高腐蚀环境的化工泵或仪器中，金属轴承已不能胜任。在磁力泵中，轴承是由酸性介质润滑的，氮化硅的耐腐蚀性发挥了不可替代的作用。氮化硅陶瓷可用于除王水和氢氟酸外的腐蚀介质如磷酸、硫酸、硝酸、盐酸及氢氧化钠水溶液中。在液晶、半导体制造业中，要在弱酸、弱碱液体或蒸汽中清洗元件，这时氮化硅陶瓷轴承就发挥者不可替代的作用。

4)在镀锌工艺中，氮化硅轴承同载体一道通过锌熔体，这里如果用钢轴承寿命只有两星期，氮化硅轴承寿命可延长5-10倍。

2.公司生产的陶瓷轴承球品种

热等静压，气压烧结氮化硅，氧化铝，氧化锆及碳化硅陶瓷精球及毛坯球

3.产品性能

（1）公司生产的氮化硅陶瓷轴承球材料

性能材料CH-30材料CH-25密度,克/厘米3 3.25 3.28

气孔率,体积%<0.1<1

三点抗弯强度（室温）900800

断裂韧性,MPa·m1/266

显微硬度(Hv10),GPa1515

杨氏模量,GPa (室温)310310

热导率,W/m·K (室温)2525

线膨胀系数20-1000oC,10-6K-1 3.2 3.2（2）几种陶瓷材料性能及应用比较

Si3N4Al2O3ZrO2SiC 滚动接触疲劳最好差差差

密度（g/cm3） 3.25 3.90 6.00 3.16

显微硬度(Hv10),GPa15151118

三点抗弯强度（室温）(MPa)900300800400

断裂韧性,MPa·m1/26384

热导率,W/m·K (室温)37105

抗热震性最好一般一般较好

钢Si3N4评价

滚动接触疲劳好最好提高5-10倍

密度（g/cm3）7.6 3.25轻60%

显微硬度(Hv10),GPa715硬度提高1倍以上

弹性模量(GPa)190320刚性好，变形小

最高使用温度(oC)3001000提高700 oC以上

线膨胀系数

12.33低约70%以上

20-1000oC,10-6K-1

（3）氮化硅陶瓷与钢性能比较

钢Si3N4评价

滚动接触疲劳好最好提高5-10倍

密度（g/cm3）7.6 3.25轻60%

显微硬度(Hv10),GPa715硬度提高1倍以上

弹性模量(GPa)190320刚性好，变形小

最高使用温度(oC)3001000提高700 oC以上

线膨胀系数

12.33低约70%以上

20-1000oC,10-6K-1

（4）不同尺寸球在本公司可加工到的精度：

尺寸精度

英寸毫米35102040

0.800ÖÖ

1.00ÖÖ

3/64" 1.191ÖÖ

1/16" 1.588ÖÖ

2.000ÖÖ

3/32" 2.381ÖÖ

2.500ÖÖ

7/64" 2.778ÖÖ

3.000ÖÖ

1/8" 3.175ÖÖ

3.500ÖÖ

5/32" 3.969ÖÖ

4.000ÖÖ

3/16" 4.763ÖÖ

7/32" 5.556ÖÖ

15/64" 5.953ÖÖ

6.000ÖÖ

1/4" 6.350ÖÖ

17/64" 6.747ÖÖ

7.000ÖÖ

9/32"7.144ÖÖ

5/16"7.938ÖÖ

11/32"8.731ÖÖ

3/8"9.525ÖÖ

13/32"10.318ÖÖ

7/16"11.113ÖÖ