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無錫泰興萊精密軸承有限公司
Wuxi Taixing Lai Precision Bearing Co., Ltd.
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氮化硅陶瓷的應(yīng)用
來源:無錫泰興萊精密軸承有限公司
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作者:wuxitxl
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發(fā)布時(shí)間: 2020-02-07
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近十多年來，在國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用。航空航天、航海、核工業(yè)、石油、化工、輕紡工業(yè)、
氮化硅陶瓷的應(yīng)用
近十多年來，在國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用。航空航天、航海、核工業(yè)、石油、化工、輕紡工業(yè)、機(jī)械、冶金、電力、食品、機(jī)車、地鐵、高速機(jī)床及科研國(guó)防軍事技術(shù)等領(lǐng)域需要在高溫、高速、深冷、易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕、真空、電絕緣、無磁、干摩擦等特殊工況下工作，產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格也逐漸接近實(shí)用化，達(dá)到用戶可接受的程度，陶瓷軸承大面積應(yīng)用的浪潮已經(jīng)涌來。
陶瓷軸承的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，但在工業(yè)領(lǐng)域中成功應(yīng)用的還是陶瓷球軸承．應(yīng)用較多的為氮化硅陶瓷球軸承．它的優(yōu)點(diǎn)是：極限轉(zhuǎn)速高、精度保持性好、啟動(dòng)力矩小、剛度高、干運(yùn)轉(zhuǎn)性好、壽命長(zhǎng)，非常適合于在高速、高溫以及腐蝕、輻射條件下保持高精度、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，主要用于數(shù)控機(jī)床和高速精密機(jī)械中，如高速電主軸軸承、機(jī)床主軸軸承、牙鉆軸承、儀器儀表用軸承，計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器軸承等．此外，氮化硅陶瓷的硬度比軸承鋼高1倍，彈性模量約高1/3，在相同載荷的條件下，氮化硅陶瓷的彈性變形小，所以，使用陶瓷球軸承的機(jī)床主軸具有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)精度．
混合型陶瓷軸承已成功地應(yīng)用于高速機(jī)床的主軸中，并已進(jìn)入實(shí)用化階段，如日本牧野等公司生產(chǎn)的HPM型超精密車床等，主軸轉(zhuǎn)速為16 000 r/min，而美國(guó)MIKRO公司生產(chǎn)的HSM700高速加工中心，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)到42 000 r/min，切削速度提高了5～10 倍．此外，混合型陶瓷軸承還用應(yīng)在電主軸、渦流分子泵等高轉(zhuǎn)速的設(shè)備中．
陶瓷軸承作為一種重要的機(jī)械基礎(chǔ)件，由于其具有金屬軸承所無法比擬的優(yōu)良性能，抗高溫、超強(qiáng)度等在新材料世界獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
20世紀(jì)60年代以來，隨著陶瓷材料的開發(fā)與應(yīng)用，陶瓷軸承也得以發(fā)展．美國(guó)諾頓公司已將氮化硅陶瓷軸承應(yīng)用在航天飛機(jī)的液壓泵上，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高了50%～100%，美國(guó)一家公司向美國(guó)宇航工業(yè)供應(yīng)的陶瓷軸承已在800*(2的高溫下使用；日本主要飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商石川島播還將鋼一陶瓷混合軸承及全陶瓷軸承在發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)．
1. 低密度:由于陶瓷滾動(dòng)體材料密度低，離心載荷小，從而可在更高轉(zhuǎn)速下工作，而且產(chǎn)生熱量較少。
2. 中等彈性模量:陶瓷滾動(dòng)體的彈性模量比鋼制滾動(dòng)體高，則軸承的動(dòng)態(tài)剛度提高，但是彈性模量太大會(huì)因應(yīng)力集中而降低軸承的承載能力。
3. 熱膨脹系數(shù)小: 熱膨脹系數(shù)小有助于減小對(duì)溫度變化的敏感性，從而防止卡死。對(duì)混合滾子軸承，可適用的運(yùn)轉(zhuǎn)速度范圍更寬。
4. 抗壓強(qiáng)度高: 抗壓強(qiáng)度高是滾動(dòng)軸承承受高接觸應(yīng)力的需要（對(duì)于陶瓷材料，其強(qiáng)度通常是通過三點(diǎn)或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)得的斷裂模量決定）。
5. 高硬度和高韌性: 這兩個(gè)特性相結(jié)合可獲得較好的表面粗糙度，而且能防止外界硬質(zhì)粒子和沖擊的損傷。
6. 良好的抗?jié)L動(dòng)接觸疲勞特性: 此性能對(duì)軸承滾動(dòng)體的要求至關(guān)重要。
7. 剝落失效形式: 如果滾動(dòng)體在工作中失效，則應(yīng)是疲勞剝落，該實(shí)效形式在卡死前有預(yù)兆，是一種造成危害最小的實(shí)效形式。 在一些應(yīng)用條件較高的應(yīng)用領(lǐng)域陶瓷材料還具備一些特殊性能。
8. 耐高溫和穩(wěn)定性: 在高達(dá)800℃高溫環(huán)境中能穩(wěn)定保持其機(jī)械性能。
9. 耐腐蝕: 在氧化和腐蝕環(huán)境，尤其是在反復(fù)滾動(dòng)而擠掉表面油膜的接觸區(qū)應(yīng)具有抗氧化和腐蝕穩(wěn)定性。
工業(yè)用氮化硅陶瓷材料和軸承鋼的性能力
密度（Kg/m3） 3250 7800 楊氏模量（GPa） 310 210 抗壓強(qiáng)度（MPa） >3500
斷裂模量（MPa） 700－1000 維氏硬度（GPa） 14－18 8 韌性（MPa· m1/2） 5－8 16－20
熱膨脹系數(shù)（×10-2/°K） 3 12 熱傳導(dǎo)率（W/mK） 20 30 比熱（J/KgK） 800 450
使用上限溫度（°K） 1050 400－600 抗熱沖擊 高 很高 滾動(dòng)接觸疲勞失效形式 剝落 剝落
無錫泰興萊精密軸承有限公司
近十多年來，在國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用。航空航天、航海、核工業(yè)、石油、化工、輕紡工業(yè)、機(jī)械、冶金、電力、食品、機(jī)車、地鐵、高速機(jī)床及科研國(guó)防軍事技術(shù)等領(lǐng)域需要在高溫、高速、深冷、易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕、真空、電絕緣、無磁、干摩擦等特殊工況下工作，產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格也逐漸接近實(shí)用化，達(dá)到用戶可接受的程度，陶瓷軸承大面積應(yīng)用的浪潮已經(jīng)涌來。
陶瓷軸承的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，但在工業(yè)領(lǐng)域中成功應(yīng)用的還是陶瓷球軸承．應(yīng)用較多的為氮化硅陶瓷球軸承．它的優(yōu)點(diǎn)是：極限轉(zhuǎn)速高、精度保持性好、啟動(dòng)力矩小、剛度高、干運(yùn)轉(zhuǎn)性好、壽命長(zhǎng)，非常適合于在高速、高溫以及腐蝕、輻射條件下保持高精度、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，主要用于數(shù)控機(jī)床和高速精密機(jī)械中，如高速電主軸軸承、機(jī)床主軸軸承、牙鉆軸承、儀器儀表用軸承，計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器軸承等．此外，氮化硅陶瓷的硬度比軸承鋼高1倍，彈性模量約高1/3，在相同載荷的條件下，氮化硅陶瓷的彈性變形小，所以，使用陶瓷球軸承的機(jī)床主軸具有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)精度．
混合型陶瓷軸承已成功地應(yīng)用于高速機(jī)床的主軸中，并已進(jìn)入實(shí)用化階段，如日本牧野等公司生產(chǎn)的HPM型超精密車床等，主軸轉(zhuǎn)速為16 000 r/min，而美國(guó)MIKRO公司生產(chǎn)的HSM700高速加工中心，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)到42 000 r/min，切削速度提高了5～10 倍．此外，混合型陶瓷軸承還用應(yīng)在電主軸、渦流分子泵等高轉(zhuǎn)速的設(shè)備中．
陶瓷軸承作為一種重要的機(jī)械基礎(chǔ)件，由于其具有金屬軸承所無法比擬的優(yōu)良性能，抗高溫、超強(qiáng)度等在新材料世界獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
20世紀(jì)60年代以來，隨著陶瓷材料的開發(fā)與應(yīng)用，陶瓷軸承也得以發(fā)展．美國(guó)諾頓公司已將氮化硅陶瓷軸承應(yīng)用在航天飛機(jī)的液壓泵上，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高了50%～100%，美國(guó)一家公司向美國(guó)宇航工業(yè)供應(yīng)的陶瓷軸承已在800*(2的高溫下使用；日本主要飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商石川島播還將鋼一陶瓷混合軸承及全陶瓷軸承在發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)．
1. 低密度:由于陶瓷滾動(dòng)體材料密度低，離心載荷小，從而可在更高轉(zhuǎn)速下工作，而且產(chǎn)生熱量較少。
2. 中等彈性模量:陶瓷滾動(dòng)體的彈性模量比鋼制滾動(dòng)體高，則軸承的動(dòng)態(tài)剛度提高，但是彈性模量太大會(huì)因應(yīng)力集中而降低軸承的承載能力。
3. 熱膨脹系數(shù)小: 熱膨脹系數(shù)小有助于減小對(duì)溫度變化的敏感性，從而防止卡死。對(duì)混合滾子軸承，可適用的運(yùn)轉(zhuǎn)速度范圍更寬。
4. 抗壓強(qiáng)度高: 抗壓強(qiáng)度高是滾動(dòng)軸承承受高接觸應(yīng)力的需要（對(duì)于陶瓷材料，其強(qiáng)度通常是通過三點(diǎn)或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)得的斷裂模量決定）。
5. 高硬度和高韌性: 這兩個(gè)特性相結(jié)合可獲得較好的表面粗糙度，而且能防止外界硬質(zhì)粒子和沖擊的損傷。
6. 良好的抗?jié)L動(dòng)接觸疲勞特性: 此性能對(duì)軸承滾動(dòng)體的要求至關(guān)重要。
7. 剝落失效形式: 如果滾動(dòng)體在工作中失效，則應(yīng)是疲勞剝落，該實(shí)效形式在卡死前有預(yù)兆，是一種造成危害最小的實(shí)效形式。 在一些應(yīng)用條件較高的應(yīng)用領(lǐng)域陶瓷材料還具備一些特殊性能。
8. 耐高溫和穩(wěn)定性: 在高達(dá)800℃高溫環(huán)境中能穩(wěn)定保持其機(jī)械性能。
9. 耐腐蝕: 在氧化和腐蝕環(huán)境，尤其是在反復(fù)滾動(dòng)而擠掉表面油膜的接觸區(qū)應(yīng)具有抗氧化和腐蝕穩(wěn)定性。
工業(yè)用氮化硅陶瓷材料和軸承鋼的性能力
密度（Kg/m3） 3250 7800 楊氏模量（GPa） 310 210 抗壓強(qiáng)度（MPa） >3500
斷裂模量（MPa） 700－1000 維氏硬度（GPa） 14－18 8 韌性（MPa· m1/2） 5－8 16－20
熱膨脹系數(shù)（×10-2/°K） 3 12 熱傳導(dǎo)率（W/mK） 20 30 比熱（J/KgK） 800 450
使用上限溫度（°K） 1050 400－600 抗熱沖擊 高 很高 滾動(dòng)接觸疲勞失效形式 剝落 剝落
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