軸承是工業(yè)之母，高轉(zhuǎn)速、高精度的軸承是精密加工的硬件保障，其中氮化硅以其高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、低熱膨脹率和自潤(rùn)滑性能，被公認(rèn)為高端精密軸承（含軸承球、套圈）的最優(yōu)選材料。
1.? 氮化硅陶瓷綜合性能最佳
氮化硅(SiN,)是一種由硅和氮組成的共價(jià)鍵化合物,1857年被發(fā)現(xiàn),到1955年,其作為陶瓷材料實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)。氮化硅陶瓷是一種人工合成的高純度氮化硅粉體經(jīng)過(guò)高溫高壓制備的新型先進(jìn)陶瓷材料，重量為鋼的三分之一，硬度僅次于金剛石，與其他材料相比，具有低密度、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命、自潤(rùn)滑、高硬高韌、無(wú)磁絕緣等眾多優(yōu)異性能，是目前綜合性能最好的結(jié)構(gòu)陶瓷，被譽(yù)為“全能陶瓷”“黑色陶瓷鋼”“先進(jìn)陶瓷材料皇冠上的明珠”。
氮化硅陶瓷這種材料既可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴(yán)酷的工作環(huán)境，又具有軸承材料所要求的全部重要特性，因此，氮化硅陶瓷雖然在陶瓷中不是最硬的，韌性也不是最高的，但它具有的機(jī)械物理綜合特性被認(rèn)為是最佳的。如今，將這類先進(jìn)陶瓷材料應(yīng)用于軸承制造，已成為世界高新技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的熱點(diǎn)和機(jī)械工業(yè)材料技術(shù)革命的標(biāo)志。
圖 氮化硅陶瓷球，來(lái)源：國(guó)瓷金盛
2.? 氮化硅陶瓷球優(yōu)勢(shì)突出
軸承球是氮化硅陶瓷主要應(yīng)用之一，與傳統(tǒng)鋼制球相比具有諸多優(yōu)勢(shì)。在氮化硅陶瓷的各項(xiàng)應(yīng)用中，軸承球應(yīng)用最為廣泛，其年產(chǎn)量占全球高性能氮化硅制品的十分之三。陶瓷球作為高速旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生離心應(yīng)力，氮化硅的密度不到鋼的一半，氮化硅的低密度降低了高速旋轉(zhuǎn)體外圈上的離心應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)更快的運(yùn)行速度。致密氮化硅陶瓷還表現(xiàn)出高耐斷裂韌性、高模量特性和自潤(rùn)滑性，可以出色地抵抗多種磨損，承受可能導(dǎo)致其他陶瓷材料產(chǎn)生裂紋、變形或坍塌的惡劣環(huán)境。氮化硅球具有絕緣性能，對(duì)于防止電解腐蝕非常有效。這使得氮化硅球成為防止電動(dòng)機(jī)軸承過(guò)早失效的最佳解決方案。氮化硅的非磁性特性非常適合在磁場(chǎng)應(yīng)用中使用。
氮化硅陶瓷軸承球與鋼質(zhì)球相比具有突出的優(yōu)點(diǎn)：密度低、耐高溫、自潤(rùn)滑、耐腐蝕，氮化硅軸承球在使用中轉(zhuǎn)速每分鐘高達(dá)60萬(wàn)轉(zhuǎn)，應(yīng)用于高速機(jī)床電主軸高速軸承、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)軸承等設(shè)備用軸承中，可勝任高腐蝕性、高溫等各種復(fù)雜惡劣的工況。
表 GPS與 HIP燒結(jié)得到氮化硅陶瓷性能對(duì)比
目前最廣泛的氮化硅陶瓷球燒結(jié)工藝為熱等靜壓燒結(jié)（HIP）和氣壓燒結(jié)（GPS），兩種工藝下生產(chǎn)的陶瓷球針對(duì)不同的使用環(huán)境都有很廣泛的應(yīng) 用。其中，HIP 燒結(jié)可以將氮化硅陶瓷球完全致密化，缺陷大幅度減少，各項(xiàng)力學(xué)性能得到大幅度提高；GPS 燒結(jié)能以較低的成本制備性能較好、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，并在工業(yè)中實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
3.? 氮化硅陶瓷球市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)
氮化硅球的應(yīng)用范圍廣泛，不斷擴(kuò)大，包括航天航空、電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、半導(dǎo)體制造設(shè)備等。
在航空航天行業(yè)，氮化硅陶瓷球用于軸承制造，由于氮化硅陶瓷球自潤(rùn)滑性和密度小，不僅能有效防止軸承卡死，還能有效降低飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)重量，減低油耗。
當(dāng)電流通過(guò)電動(dòng)汽車電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)部時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電弧并損壞接觸表面。為了解決這個(gè)問(wèn)題，由于氮化硅球具有優(yōu)異的絕緣性能，因此被采用。
隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)模和發(fā)電量的增加，塔架高度、葉片長(zhǎng)度和發(fā)電機(jī)尺寸都增加了尺寸和負(fù)載要求。氮化硅球軸承所具有的耐用性和承載能力，氮化硅球的使用壽命進(jìn)一步有助于降低維護(hù)成本。
由于高速和低潤(rùn)滑條件，氮化硅球軸承被用于半導(dǎo)體制造設(shè)備。與使用鋼球相比，在軸承中使用氮化硅球可將軸承壽命延長(zhǎng) 50% 或更多。通過(guò)減少更換頻率和維護(hù)成本，可以降低制造過(guò)程的總生命周期成本。
隨著高端裝備制造業(yè)、新型清潔能源的發(fā)展，氮化硅陶瓷軸承球需求強(qiáng)勁。目前，高端氮化硅陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)仍以日本、歐美企業(yè)為主導(dǎo)。國(guó)際市場(chǎng)占有率、發(fā)展方向的引領(lǐng)力仍然被國(guó)外知名企業(yè)所控制。以日本京瓷、東芝、賽瑞丹、CoorsTek 和英國(guó) Sailon 公司最具代表性。國(guó)內(nèi)企業(yè)有中材高新氮化物陶瓷、國(guó)瓷金盛等。
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