軸承理想材料——氮化硅陶瓷

隨著機械制造業(yè)向高精度、高速度方向發(fā)展，軸承應(yīng)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(huán)境下，金屬軸承無法適應(yīng)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(shù)小、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)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(yōu)點和特性

雖然氮化硅在工業(yè)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(yīng)用中，氮化硅被認(rèn)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(yōu)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(huán)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(dāng)滾動體使用軸承時，軸承在高速旋轉(zhuǎn)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(shù)

氮化硅的線膨脹系數(shù)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(huán)境中使用。

硬度、彈性系數(shù)、泊松比

因為氮化硅的彈性系數(shù)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(shè)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(huán)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(xì)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(yīng)式為：3SiO2+6C+2N2=Si3N4+6CO，此種方法得到的粉末含金屬雜質(zhì)較少，純度高，顆粒細(xì)，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(guān)部件成型

氮化硅陶瓷軸承相關(guān)部件的制備方法很多，如反應(yīng)燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法、無壓燒結(jié)法、二次反應(yīng)燒結(jié)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(guān)部件加工

氮化硅陶瓷軸承相關(guān)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(shù)、研磨混合劑等均有相當(dāng)大的差別，各工序?qū)τ谀チ系牧６?、種類、形狀、數(shù)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(nèi)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(chǔ)件，由于其具有其他軸承所無法比擬的優(yōu)良特性，在新材料世界獨領(lǐng)風(fēng)騷。近年來，其在航空航天、航海、核工業(yè)、石油、化工、輕紡工業(yè)、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(shù)等領(lǐng)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(rèn)識。

（來源：新昌軸承產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新服務(wù)綜合體）