陶瓷軸承分為全陶瓷軸承和混合陶瓷軸承兩大類，其中全陶瓷軸承的套圈及滾動體均為陶瓷材料；混合陶瓷軸承僅滾動體為陶瓷材料。全陶瓷球軸承具有質(zhì)量輕、耐磨損、耐高(低)溫、耐腐蝕、精度保持性好等優(yōu)良性能，在裝備制造、航空航天等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

圖?陶瓷軸承，來源：中材高新氮化物

一、全陶瓷軸承的種類

陶瓷材料以其低密度、耐高／低溫、耐磨、耐腐蝕、抗磁電絕緣、無油自潤滑等特性，體現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料的物理化學(xué)性能。大量試驗研究表明，工程陶瓷材料（氮化硅Si3N4、碳化硅SiC、氧化鋯ZrO2、氧化鋁Al2O3等）具有作為軸承基礎(chǔ)材料的優(yōu)良特性。目前，全陶瓷軸承的分類是根據(jù)軸承材料的種類而劃分。現(xiàn)如今國內(nèi)外常用氧化物和非氧化物全陶瓷軸承兩種。

表 常見軸承材料物理性能對比

1、氧化物全陶瓷軸承

氧化物全陶瓷軸承種類很多，由于氧化物陶瓷具有簡單的生產(chǎn)工藝，良好的機械性能，很高的機械硬度，超強的耐化學(xué)腐蝕性能，因此曾被認(rèn)為陶瓷軸承的關(guān)鍵材料。目前常用的該類軸承主要有氧化鋁和氧化鋯全陶瓷軸承，除此之外還有莫來石和碳酸鋁材料構(gòu)成的軸承，其中氧化鋯全陶瓷軸承應(yīng)用最為廣泛。

對于氧化物陶瓷材料軸承最大的缺點是氧化物材料在高溫狀態(tài)下的蠕變性，隨著溫度1000℃繼續(xù)升高，蠕變速率也越來越大，相應(yīng)的該氧化物軸承的機械強度下降。

2、非氧化物全陶瓷軸承

非氧化物全陶瓷軸承種類也很多，利用非氧化物陶瓷軸承構(gòu)成材料原子間的共用一對原子的共價鍵相互作用，具有超高的硬度，很強的蠕變抗力，高模量，使得非氧化物陶瓷成為軸承材料最為重要的材料，逐漸取代了氧化物陶瓷軸承。

目前常用的非氧化物陶瓷軸承主要有氮化物和碳化物全陶瓷軸承，其中氮化硅和碳化硅兩種材料在陶瓷軸承的應(yīng)用中極為廣泛。以熱等靜壓氮化硅（HIPSN）陶瓷材料為例，其熱變形系數(shù)僅為軸承鋼材料的1/5至1/4，在高溫或低溫條件下具有良好穩(wěn)定性；在高低溫交變工況條件下陶瓷軸承服役性能突出，工作壽命更長。

對于非氧化物陶瓷軸承最大的缺點是它們的燒結(jié)性，極其嚴(yán)格的燒結(jié)條件，極高的加工溫度，添加一定的燒結(jié)助劑才能得到高精度高密度的產(chǎn)品。

二、全陶瓷軸承的優(yōu)勢

1、較低的密度

高速轉(zhuǎn)動工作時，離心載荷隨著滾動體材料密度的降低而減小，這樣可提高設(shè)備的工作轉(zhuǎn)速；

2、中等的彈性模量

如果彈性模量的值較大就會產(chǎn)生應(yīng)力集中，這將降低軸承的承受能力；

3、熱膨脹系數(shù)小

在相同條件下，熱膨脹系數(shù)較小時，熱變形量較小，能使陶瓷軸承的工作溫度范圍變得更寬；

4、抗壓強度較大

工作時，軸承承受的壓力較大，因而需要大的抗壓強度；

5、高硬度和高韌性

在高硬度和高韌性的環(huán)境下，不僅可以得到良好的表面粗糙度，還可以削弱外界顆粒對軸承沖擊造成的損害；

6、抗接觸疲勞性

陶瓷軸承有著優(yōu)異的抗接觸疲勞性，其失效形式易便于識別；

7、優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性

陶瓷軸承在某些特殊工作場合下如高溫、腐蝕性強等環(huán)境下具有優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性。

三、全陶瓷軸承的應(yīng)用

全陶瓷軸承與金屬材料軸承相比，有著明顯的優(yōu)勢，由于陶瓷材料的本身的特性，軸承應(yīng)用的陶瓷材料在各個領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用。

表 ?全陶瓷軸承應(yīng)用領(lǐng)域

資料來源：

1.高速全陶瓷球軸承動力學(xué)特性分析與應(yīng)用研究，朱玉生；

2.全陶瓷軸承的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景，王重海,等；

3.全陶瓷球軸承高性能制造研究進(jìn)展，張珂,等.

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