陶瓷軸承球的發(fā)展和應(yīng)用
研究人員應(yīng)用航天和國防領(lǐng)域的科研成果，力求找出陶瓷脆弱的原因以及改進(jìn)陶瓷性能的方法，由此得出的各種理論、方法和工藝改進(jìn)了現(xiàn)有陶瓷，并合成了新的陶瓷材料，氮化硅陶瓷就是其中一例。
幾乎與此同時(shí)，軸承行業(yè)也為一級(jí)方程式賽車引進(jìn)了幾個(gè)混合陶瓷軸承解決方案，以充分利用其牢固性能，適應(yīng)賽車的邊界潤滑、重載和高速苛刻應(yīng)用需求。
到了大約2000年，混合陶瓷軸承開始在泵和壓縮機(jī)行業(yè)得到應(yīng)用，它不僅能適應(yīng)邊界潤滑條件，而且可以使用制冷劑等密度比潤滑油低的液體作為潤滑劑。
此外，陶瓷優(yōu)異的耐腐蝕性，讓它在含酸性氣體的壓縮機(jī)中有了用武之地。最近，可再生能源行業(yè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已經(jīng)開始使用陶瓷軸承，直徑47.625毫米的大型陶瓷球就是需求之一。
圖 對(duì)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直徑47.625毫米陶瓷球（右）進(jìn)行檢查。
高性能陶瓷軸承球的質(zhì)量驗(yàn)證
隨著時(shí)間的推移，研究人員已經(jīng)為評(píng)估建立了相關(guān)測(cè)試程序。
一般來說，可以先做第一次材料評(píng)估，對(duì)坯料或成品球材料的斷面樣本按照裝配方式和拋光類別進(jìn)行宏觀結(jié)構(gòu)（圖4上）、微觀結(jié)構(gòu)和同質(zhì)性（圖4中）檢驗(yàn)。另外，也可以相對(duì)快速地確定候選材料的硬度和抗壓痕斷裂性能。
研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多測(cè)試成品陶瓷球強(qiáng)度的新方法。特別是在高強(qiáng)度材料方面，已發(fā)現(xiàn)表面質(zhì)量對(duì)強(qiáng)度有顯著影響，而且軸承球的表面質(zhì)量比參考樣本彎曲棒的表面質(zhì)量要好得多。
“缺口球”測(cè)試具有能直接在軸承球上評(píng)估強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，而不是按照目前ISO 26602:2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的那樣，在彎曲棒上進(jìn)行評(píng)估。
這些球帶有缺口，并承受垂直載荷，與彎曲棒的承載方式相似。有關(guān)該測(cè)試的細(xì)節(jié)已公開發(fā)表。這些研究顯示，表面缺陷（例如赫茲“C”破裂）對(duì)球的強(qiáng)度有顯著影響。
圖 陶瓷球抗彎強(qiáng)度評(píng)估的缺口球測(cè)試原理。
在一個(gè)球座中，由最上面的陶瓷球驅(qū)動(dòng)下面三個(gè)鋼球，從而模仿出一個(gè)非常簡單的軸承。
圖 V形槽試驗(yàn)機(jī)
下圖顯示了更大尺寸的7318角接觸球軸承壽命測(cè)試，這種混合陶瓷軸承使用潤滑脂潤滑，球直徑為31.7毫米。
運(yùn)用這些正式方法就能驗(yàn)證出混合陶瓷軸承中陶瓷滾動(dòng)體的質(zhì)量，從而可讓最終用戶在先進(jìn)應(yīng)用中對(duì)這些材料的性能胸有成竹。
隨著針對(duì)高性能應(yīng)用場(chǎng)合而量身定制的陶瓷材料不斷開發(fā)成功，可以肯定的是，混合陶瓷軸承將繼續(xù)在具有性能要求的新行業(yè)中找到各自的用途。
來源： 演進(jìn)Evolution、麒麟機(jī)械
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推薦展會(huì)：第六屆精密陶瓷暨功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈展覽會(huì)
同期舉辦：熱管理材料展
2024年8月28日-30日
一、精密陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈：
1、陶瓷器件及材料：MLCC、LTCC、HTCC、微波介質(zhì)陶瓷、壓電陶瓷、鈦酸鋇、碳酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、玻璃粉、氮化鋁、LTCC介質(zhì)陶瓷粉體、稀土氧化物、生瓷帶等；
2、精密陶瓷：氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化釔、結(jié)構(gòu)陶瓷、高溫陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷軸承、陶瓷球、半導(dǎo)體陶瓷（搬運(yùn)臂、陶瓷劈刀、靜電卡盤、蝕刻環(huán)……）、3D打印陶瓷、燃料電池（SOFC）隔膜片、穿戴陶瓷、光纖陶瓷插芯、陶瓷套筒、CIM、生物陶瓷等。
3、陶瓷基板及封裝外殼：陶瓷封裝外殼、DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜電路板、厚膜電路板、陶瓷封裝基座、熱沉、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹、莫來石粉體及基板等；
4、金屬材料：銀粉、金粉、銅粉、鎳粉、焊料（焊片、焊膏）、MLCC用內(nèi)/外電極漿料、LTCC銀漿、金漿、鎢鉬漿料、銅漿、靶材、無氧銅帶、可伐合金、金屬?zèng)_壓件等；
5、助劑：陶瓷和導(dǎo)電漿料用分散劑、黏合劑、增塑劑、絮凝劑、礦化劑、消泡劑、潤滑劑、燒結(jié)助劑等；
6、設(shè)備：
陶瓷加工設(shè)備：砂磨機(jī)、球磨機(jī)、真空脫泡機(jī)、三輥機(jī)、噴霧造粒機(jī)、干壓機(jī)、流延機(jī)、注塑機(jī)、3D打印機(jī)、模具、干燥設(shè)備、研磨機(jī)、精雕機(jī)、裁片機(jī)、激光設(shè)備、打孔機(jī)、填孔機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、疊層機(jī)、層壓機(jī)、等靜壓機(jī)、熱切機(jī)、整平機(jī)、排膠爐、燒結(jié)爐、釬焊設(shè)備、電鍍?cè)O(shè)備、化學(xué)鍍、噴銀機(jī)、浸銀機(jī)、端銀機(jī)、真空鍍膜設(shè)備、顯影設(shè)備、去膜設(shè)備、蝕刻機(jī)、濕制程設(shè)備、等離子清洗、超聲波清洗、自動(dòng)化設(shè)備、剝離強(qiáng)度測(cè)試儀、AOI檢測(cè)設(shè)備、打標(biāo)機(jī)；
封裝測(cè)試設(shè)備：貼片機(jī)、引線鍵合機(jī)、封蓋機(jī)、平行縫焊封帽、切筋機(jī)、釬焊設(shè)備、激光調(diào)阻機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀、熱循環(huán)測(cè)試設(shè)備、測(cè)厚儀、氦氣檢漏儀、老化設(shè)備、外觀檢測(cè)、超聲波掃描顯微鏡、X-光檢測(cè)、激光打標(biāo)、分選設(shè)備、測(cè)包編帶機(jī)等；
7、耗材：離型膜、載帶（塑料和紙質(zhì)）、耐火材料、承燒板/匣缽（氧化鋁、剛玉莫來石、氮化硼等）、承燒網(wǎng)、發(fā)泡膠、研磨耗材（金剛石微粉、研磨液）、精密網(wǎng)版、清洗劑、電鍍藥水等。
二、熱管理產(chǎn)業(yè)鏈：
1、熱管理材料：氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、石墨烯、石墨、碳納米管、空心玻璃微珠、導(dǎo)熱粉體、散熱基板、熱沉（鎢銅、鉬銅、氮化鋁、金剛石等）、鋁碳化硅AlSiC、相變材料、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱界面材料、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱膠帶、灌封膠、熱管/均熱板；
2、散熱器件：半導(dǎo)體制冷片（TEC）、IGBT散熱器（銅、鋁）、大功率晶體管散熱器、通信基站散熱殼體、液態(tài)金屬散熱器、插針式散熱器等;
3、設(shè)備：壓延機(jī)、涂布機(jī)、分條機(jī)、模切機(jī)、復(fù)卷機(jī)、切片機(jī)，CNC設(shè)備、壓鑄/沖壓設(shè)備、熱分析儀器、激光導(dǎo)熱儀、導(dǎo)熱系數(shù)儀、強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、檢測(cè)設(shè)備、自動(dòng)化等。
三、功率半導(dǎo)體器件封裝產(chǎn)業(yè)鏈：
1、材料：碳化硅，陶瓷襯板（DBC、AMB）、封裝管殼、鍵合絲、散熱基板（銅、鋁碳化硅AlSiC）、導(dǎo)熱硅凝膠、環(huán)氧灌封膠、焊料（預(yù)制焊片）、銀膜/銀膏、散熱器（銅、鋁）、功率引出端子（銅端子）、外殼（工程塑料PPS、PBT、高溫尼龍）、清洗劑等；
2、設(shè)備及配件：真空焊接爐、貼片機(jī)、固晶機(jī)、引線鍵合機(jī)、X-ray、推拉力測(cè)試機(jī)、等離子清洗設(shè)備、點(diǎn)膠機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、超聲波掃描設(shè)備、動(dòng)靜態(tài)測(cè)試機(jī)、點(diǎn)/灌膠機(jī)、銀燒結(jié)設(shè)備、垂直固化爐、甲酸真空共晶爐、自動(dòng)封蓋設(shè)備、高速插針機(jī)、彎折設(shè)備、超聲波焊接機(jī)、視覺檢測(cè)設(shè)備、推拉力測(cè)試機(jī)、高低溫沖擊設(shè)備、功率循環(huán)測(cè)試設(shè)備、打標(biāo)機(jī)、檢驗(yàn)平臺(tái)、治具等；
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（陶瓷科技視野）：一文讀完陶瓷軸承發(fā)展史
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