资源描述：
《陶瓷轴承及其开发与应用趋势》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、陶瓷轴承及其开发与应用趋势摘要:采用陶瓷材料制造轴承,是对传统轴承的一次革命。本文详细介绍了陶瓷滚动轴承的优点、陶瓷轴承的类别、混合陶瓷轴承和全陶瓷轴承,并指出陶瓷轴承的发展趋势。关键词:陶瓷材料;轴承制造;发展趋势滚动轴承是现代机械中的重要部件，它主要用于支承轴及轴上的零件,对整台机器的精度、效率和使用寿命有直接的影响(图1)。滚动轴承较之滑动轴承具有摩擦系数小、消耗功率少、效率高的优点。据调查统计，世界上约冇1/3的能源消耗在不同形式的摩擦上,其中轴承约占1/10左右。工作母机向高精度、长寿命和高速自动化方向发展,对机械工业基础件的要求愈来愈苛刻，牛产实践证明，传统轴承单靠改善轴承的结
2、构或润滑条件，已经满足不了现代科学技术和工业生产发展的要求。世界上第一套陶瓷轴承是由美国航空航天局(NASA)1972年研制成功的。经过30多年的研究和发展,产品从极端保密到公开销售，取得了引人瞩冃的成就。国外已成功开发出在高温条件下采用固体润滑剂的陶瓷滚动轴承，也有利用液体或油脂润滑的特种钢与陶瓷组合而成的滚动轴承或全陶瓷滚动轴承。2氮化硅陶瓷的物理性能近几年来，随着科学技术的高速发展，轴承的使用环境和条件越来越多样化，对轴承的结构、材质和性能的耍求也越来越高，一些高科技领域和某些特殊环境下工作的机械，如在航空航天、核能、冶金、化工、石油等工业，需要在高温、高速、高精度、真空、无磁性、无
3、油润滑、强酸、强碱等特殊环境下工作。这些新的要求仅仅依靠对传统的金属轴承改进结构或改善润滑条件已经远远不能满足，必须开发新型材料，从根本上进行突破和创新。采用陶瓷材料制造轴承,是对传统轴承的一次革命。由于陶瓷材料具有优异的性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境，并且又具有轴承材料所要求的全部重要特性，因此将陶瓷材料应用于轴承制造，已成为世界高新技术开发与应用的热点，成为机械材料技术革命的标志。用于制造陶瓷滚动轴承的材料，主要采用Si3N4陶瓷。Si3N4的密度是轴承钢的40%,硬度是轴承钢硬度的2~3倍，高硬度提高了其抗磨损、抗黏结、抗剥蚀损坏能力；Si3N4的热膨胀系
4、数大约为轴承钢的1/4,低的热膨胀系数可以使轴承在高温工作条件下变形减小;Si3N4陶瓷的高温性使其更适合于高温工矿，在能使轴承钢丧失原有硬度和强度的温度下,Si3N4陶瓷的硬度和强度依然不会降低,高温强度好。此外,Si3N4陶瓷在极高温度下具有良好的尺寸稳定性，而轴承钢只有在进行特殊热处理后才能保证其高温下的尺寸稳定性。Si3N4陶瓷的耐腐蚀性能强，适用于在水、酸和碱介质的应用领域，因而比塑料、玻璃或不锈钢滚动体组成的轴承应用范围广。因此从以上性能分析可知,Si3N4陶瓷的综合性能优良，是制作轴承的理想材料。3氮化硅陶瓷轴承的优点氮化硅陶瓷轴承(见图2)主要用于四个方曲:高速轴承、高温轴
5、承、真空用轴承、腐蚀用轴承。氮化硅陶瓷轴承具有以下优点。(1)高速。陶瓷材料的重量仅为同等钢材重量的40%,密度小这一特点,可实现轴承的轻量化和高速化，使得陶瓷轴承在高速旋转时，能够抑制因离心力作用引起的滚动体载荷的增加和打滑，陶瓷轴承的转速是钢制轴承的1.3-1.5倍，其DN值可达300万。例如角接触球轴承，由于具有一定的接触角，其滚动体与滚道面之间会产生旋转滑动，当釆用密度小的陶瓷滚动体时，不仅旋转滑动小,而且对轴承发热和表面损伤均起到有益的作用，对于航空航天飞行器也是非常有益的。(2)高刚性。氮化硅陶瓷的弹性模量比金属高得多，是金属的1・5倍，因而受力后的弹性变形小，相对载荷的刚性高
6、，大约可提高刚度1.5%〜20%,从而减轻了机床的振动。在高精密系统中获得了良好的应用，如超精密机床的主轴、高精度的航天轴承等。(3)耐磨性。由于陶瓷材料位错少、迁移率低，且具有高硬度,一般较金属的硬度要高1倍多，能够减少磨损,使得陶瓷轴承具有良好的耐磨性。(1)机械强度高。氮化硅陶瓷的抗拉强度和抗弯强度与金属相当；而抗压强度极高，大约是金属材料的5~7倍,尤其是在高温条件下，仍能保持高的强度和硬度，即使在1200°C时强度也基本保持不变，在有异物混入的情况下，陶瓷球很少产生剥落失效。(2)低发热。由于氮化硅陶瓷材料的摩擦系数较小，大约是标准轴承钢的30%,所以与金属材料相比，氮化硅陶瓷的
7、导热性能较差，因此陶瓷轴承工作时产生的热量较小，可延长润滑脂的寿命。(3)低热膨胀。氮化硅陶瓷的热膨胀系数大约是轴承钢的20%,因此陶瓷轴承随温度变化的尺寸变化量小，口产生的热预载较低，从而避免了过多的热量聚集而引起疲劳剥落失效，有益于在温度变化较大的环境屮使用。(4)耐蚀性。陶瓷材料不活泼的化学特性，使陶瓷轴承具有一定的耐腐蚀性能，因此，陶瓷轴承可用于钢制轴承由于缺乏耐化学性而提前失效的所冇应用场合,如在化工机械设备、
