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鄒小姐：13326633089 -
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軸承是機械設備中一種及其重要的零部件，其主要功能是支撐機械旋轉體，降低其運動時的摩擦系數，并保證其回轉精度，其作用與人體關節相似，故素有“機械的關節”之稱。
軸承的使用十分普遍，外露的內藏的，在許多你不知道的地方或許都有軸承在默默發揮作用。不過隨著工業技術的高速發展，下游對軸承的性能要求也越來越高，采用鋼質材料的軸承已經無法滿足某些場合的需求，比如說水環境，就是鋼質軸承的大敵。
什么軸承更適合在液體中使用？
直到上世紀80年代，軸承在水下的使用問題依舊讓人很頭疼，“有沒有可在水下使用的軸承？”是當時軸承廠商收到最多的問題之一。
在當時，陶瓷軸承尚未出現，但許多領域的工作都需要在液體中執行，包括近海設備建造、醫藥研究和食品生產等。為了完成工作，當時制造商只能選擇帶有不銹鋼軸承的設備。盡管不銹鋼具有出色的耐腐蝕性，但它始終是一種軟金屬，依舊需要經常維護和更換，使用成本高。因此為了提高軸承的使用壽命，從那時起多個制造商便都致力于耐腐蝕軸承的研究。
常用的材料中，傳統的鋼制軸承因環境相容性不佳而無法使用；塑料軸承則因疲勞強度、抗蠕變性能差也不予考慮；而陶瓷材料為惰性材料，力學性能優秀且幾乎不怕腐蝕，在液態環境中適應良好，是最可靠的選擇。
氮化硅陶瓷的優勢
要知道，液態環境往往并不止有普通的水，比如說在航天領域某污水回收處理系統中，還需添加一定量的H2SO4和強氧化劑，用于抑制溶液中微生物的增長，因此對軸承的耐腐蝕性能提出了更高要求。
Si3N4對大多數酸，諸如鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)和磷酸(H3PO4)以及堿，比如苛性納溶液(NaOH)具有良好的耐化學穩定性。只有氫氟酸(HF)和鹽酸、硝酸的混合液(HCl/HNO3)能對Si3N4產生腐蝕。因此用Si3N4做出的陶瓷軸承可長時間工作于腐蝕性的酸、堿、鹽等溶液中，在化學工業或核動力工業，陶瓷軸承可替代化學穩定性差的鋼質軸承，其平均壽命比不銹鋼軸承高4~2 5倍。
氮化硅陶瓷軸承
不過單純耐腐蝕是不夠的，軸承的服役壽命和性能同樣很重要，在這些方面有著“陶瓷王”稱號的Si3N4材料同樣優勢突出，或者說根本不算什么問題——它不僅耐腐蝕，而且還具有密度小、硬度高、耐高溫、電絕緣、不導磁、抗壓強度高、自潤滑性能好等諸多特點，因此作為軸承材料時具有下方等諸多優勢：
1.高速運轉性能
對一般軸承而言，當速度因數DN值在2.5×106以上，其滾動體的離心力便會隨轉速的升高而急劇增大，軸承的滾動接觸表面的滑動摩擦加劇，軸承的壽命就隨著縮短。但由于氮化硅陶瓷軸承的密度較低，它在高速旋轉時陶瓷滾動體產生的離心力大大低于鋼質滾動體，使其對外環滾道的壓力和交變載荷相應減少，與鋼制軸承相比速度可提高30%~60%，溫升降低30%~50%，并且不容易出現“抱軸”現象，其使用壽命比鋼制軸承提高3~6倍；同時，滾動體的離心力大大減少，由于滾動體的離心力引起的高速打滑現象也大大降低，從而使滾動體、保持架組件的慣性力顯著減少。
2.高溫性能
溫度變化對軸承的滾動疲勞壽命會產生較大影響，通常作為耐熱材料使用的M50鋼制軸承在250℃時的額定壽命約為常溫下的1/10。而對于陶瓷軸承，由于陶瓷材料具有優異的高溫性能，在高溫工況下具有很好的滾動疲勞強度，試驗結果表明，在1000℃高溫下Si3N4還保持相當高的抗彎強度，因此陶瓷軸承有較好的接觸應力和較長的疲勞壽命。
3.與金屬軸承材料相似的疲勞損壞方式
Si3N4陶瓷作為軸承材料除了以上優異性能外，更重要的是其疲勞損壞方式是非災難式的，與軸承鋼金屬材料類似是發生蝕坑或出現剝落，而氧化鋁、氧化鋯與碳化硅陶瓷球的失效形式為碎料。另外，氮化硅陶瓷球的表面氣孔數量、氣孔尺寸、氣孔分布均勻性、氮化硅陶瓷球表面粗糙度、氮化硅陶瓷球殘余應力及潤滑條件均對氮化硅陶瓷球滾動接觸疲勞強度有較大影響。
4.優異的自潤滑性能
Si3N4陶瓷材料本身具有減摩、抗磨、潤滑功能，在不良的潤滑工況條件如邊界潤滑、無油干摩擦情況下，顯示出優越的減摩自潤滑性能，可以大大提高機器的工作可靠性和使用壽命，并能降低機器噪聲，減少維護費用。
5.非磁性且絕緣
在強磁環境中，使用鋼制軸承時，從軸承本身磨損下來的微粉被吸附在滾動體和滾道面之間，成為軸承提前剝落損壞、噪聲增大的主要原因。不過氮化硅軸承是完全非磁性，其絕緣性能也很好，而且具有很好的承載能力，因此可用于需要完全非磁性軸承的場合。
結語
雖說文章的主題是探討氮化硅陶瓷軸承為何在水中會有如此大的優勢，但顯然它們的優勢并不止于此，在許多其他領域也同樣收獲了高度的評價。比如說強度高、高轉速的特點，使得氮化硅陶瓷軸承已被廣泛應用于機床主軸，而由于其無油和不會產生廢料的特點，也使其被眾多半導體制造商所采用，稱得上一句前途無限。如果您對此感興趣的話，歡迎關注粉體圈即將在9月14-15日于廣州舉辦的“2021年全國氮化物粉體與陶瓷創新發展論壇”，更多相關話題等您討論！
資料來源：
陶瓷軸承凸顯優勢綠動未來，李進衛。
氮化硅陶瓷軸承研發現狀及產業化對策，張偉儒，陳波。
氮化硅全陶瓷滾動軸承在酸性水溶液中的動態腐蝕磨損行為，蘇柏萬，辛士紅，馬越，丁平，曾宇平。
粉體圈 NANA
