陶瓷轴承
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陶瓷轴承的优缺点陶瓷轴承是一个总称呼,大分两种,全陶瓷轴承和半陶瓷轴承(混合陶瓷轴承),若是在不考虑其它(如转速、寿命、使用环境等)前提条件下,单独就陶瓷轴承的负荷(载荷、承重)来说:同一型号的轴承,轴承钢6204ZZ,基本额定动载荷13.5kN,混合陶瓷轴承6204ZZC:基本额定动载荷大概在27kN左右,若是全氧化锆陶瓷轴承6204CE,基本额定动载荷大概在2kN左右,单独的陶瓷轴承负荷(载荷、承重)来说是比不上同型号规格的轴承钢轴承或是混合陶瓷轴承。
但若是综合使用环境来说,陶瓷轴承有以下几点明显优势:陶瓷轴承的优缺点:陶瓷轴承原子结构,非金属固有的共价键。
这意味着它们共享电子,此原子有强烈的吸附力,由于这个原因,陶瓷轴承提供一些好的性能比金属轴承。
它们通常有很高的硬度,有弹性,轻巧。
这意味着在形状改变时,负荷与提高耐磨特性一起应用。
陶瓷轴承运行免润滑。
这是因为陶瓷材料不微焊接。
微焊接发生时,通常与金属,当滚动元件和滚道表面上的瑕疵与另一种引起电弧相互作用。
这降低了表面并大大降低了轴承的寿命。
陶瓷材料不具有这样的问题,这使得它们适合于需要一个自由润滑油环境的各种应用。
他们通常在高温下这意味着有较少的热膨胀以稳定的方式行事。
它需要大量的更多的能量,以增加一个共价键的键长相比,金属离子键。
陶瓷是非金属的,非铁材料。
当暴露于水和其它有害化学品它们不以同样的方式作为金属腐蚀。
它们的高的耐蚀性的允许它们在潮湿和化学腐蚀环境中优异的性能。
许多工程陶瓷也具有低的密度,导致在轴承'工作速度,这是改善由于低向心力和减少摩擦。
由于缺乏在大多数陶瓷自由电子,它们是非磁性和优良的绝缘体。
研究陶瓷轴承,当人们可能会注意到的第一件事情是,他们基本上比金属更加昂贵。
有许多原因。
有与以达到高档原料烧结过程所需要的温度所需要的大量的能量有关极高能量和加工成本。
由于陶瓷是这么辛苦,加工和磨削成本制造精密轴承时迅速增加。
陶瓷轴承的结构及工作原理陶瓷轴承是一种常见的机械零部件,具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性,被广泛应用于各种工业设备和机械装置中。
本文将以陶瓷轴承的结构及工作原理为主题,对其进行详细阐述。
一、陶瓷轴承的结构陶瓷轴承的结构主要包括内圈、外圈、滚动体和保持架等几个基本部分。
1. 内圈:内圈是陶瓷轴承的内部环状零件,通常由陶瓷材料制成,具有较高的硬度和耐磨性,能够承受较大的载荷和高速旋转。
2. 外圈:外圈是陶瓷轴承的外部环状零件,同样由陶瓷材料制成,具有良好的耐磨性和耐腐蚀性,能够保护内部零件不受外界环境的侵蚀。
3. 滚动体:滚动体是陶瓷轴承中起到传递载荷和减少摩擦的关键部分,通常采用陶瓷球或陶瓷柱体制成。
由于陶瓷材料具有较低的摩擦系数和较高的硬度,因此陶瓷滚动体能够减小摩擦损失,提高轴承的工作效率。
4. 保持架:保持架是固定滚动体的零件,通常由金属材料制成,能够保持滚动体的相对位置,防止其相互碰撞和脱落。
二、陶瓷轴承的工作原理陶瓷轴承的工作原理基于滚动摩擦和滚动轴承的基本原理。
当轴承受到外界载荷时,滚动体在内圈和外圈之间滚动,从而传递载荷和减小摩擦力。
1. 传递载荷:当轴承受到垂直于轴的载荷时,滚动体在内圈和外圈之间滚动,承受并传递载荷。
由于陶瓷滚动体具有较低的摩擦系数和较高的硬度,因此能够减小滚动摩擦,降低能量损耗和热量产生。
2. 减小摩擦力:陶瓷轴承中的滚动体通过滚动摩擦的方式工作,相比于滑动摩擦,滚动摩擦能够减小接触面积和摩擦力,从而减小能量损耗和磨损。
3. 提高工作效率:由于陶瓷材料具有较低的摩擦系数和较高的硬度,陶瓷轴承能够减小摩擦损失,提高工作效率。
同时,陶瓷材料还具有较高的耐磨性和耐腐蚀性,能够在恶劣环境下长时间稳定工作。
总结:陶瓷轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架等部分组成,结构简单而紧凑。
其工作原理基于滚动摩擦和滚动轴承的基本原理,通过滚动体在内圈和外圈之间的滚动来传递载荷和减小摩擦力。
陶瓷轴承与金属轴承的优劣对比轴承的作用是在两个转动的部件之间提供支撑和减少摩擦。
在工业机械设备以及各种交通工具中,轴承扮演着至关重要的角色。
目前,金属轴承是应用最广泛的轴承类型之一。
然而,随着陶瓷技术的不断发展,陶瓷轴承也越来越广泛地应用于各个领域。
那么,陶瓷轴承与金属轴承各有哪些优劣呢?我们将在本文中为您进行详尽的分析与说明。
陶瓷轴承的优势1.超强硬度陶瓷轴承采用氧化铝陶瓷等材料制成,具有超强的硬度和优异的耐磨性。
在高速旋转环境中,能够承受更高的载荷和更快的转速,同时不易产生摩擦磨损。
相比之下,金属轴承的硬度较低,容易磨损。
2.良好的耐腐蚀性陶瓷轴承的化学惰性使其表面不易被化学药品腐蚀。
在酸碱等恶劣环境下,陶瓷轴承能够承受更长的使用寿命和更高的稳定性。
此外,陶瓷轴承也能够承受高温氧化等极端条件。
3.轻量化设计陶瓷轴承材质相对较轻,重量约为金属轴承的60%左右。
这将有助于减轻机械设备的负荷,促进机械设备的高效稳定运行。
金属轴承的优势1.更高的可靠性金属轴承在工业生产和使用中得到广泛的应用,其性能和规格已经得到充分验证。
金属轴承具有成熟的制造工艺和完善的质量管理,从而保证了其更高的可靠性和稳定性。
2.良好的抗冲击能力金属轴承具有高的强度和较好的韧性,使得其具有更高的抗冲击能力。
在强烈的冲击或震动环境中,金属轴承能够更好地承受机械载荷,并保证机器设备的稳定性。
3.价格更实惠金属轴承的制造成本相对较低,价格也更为实惠。
在需要大规模批量生产的机械领域,金属轴承得以大规模应用。
陶瓷轴承与金属轴承的应用场景1.陶瓷轴承陶瓷轴承通过优异的特性被广泛的应用于高速、高温、高精度的机械设备中。
比如高速离心机、高速切削机以及航空制造等领域;2.金属轴承由于其可靠性、抗冲击性强、价格实惠等优势,金属轴承更多地应用在一般性的机械加工以及交通工具领域。
例如工业机床、轴承支持等。
结论综合以上的优劣比较,我们可以得到以下结论:•对于对高强度、高速、高温、高精度等方面的要求比较高的机器,陶瓷轴承是一种较为理想的选择。
陶瓷轴承是如何制造的原理陶瓷轴承是一种利用陶瓷材料制成的轴承结构。
相对于金属轴承,陶瓷轴承具有更好的耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性。
陶瓷材料的硬度比金属材料高,因此能够轻松抵抗任何不利的磨损和摩擦。
此外,陶瓷材料的密度小,也使得陶瓷轴承具有很好的抗震性和抗冲击性。
那么,陶瓷轴承是如何制造出来的呢?下面我们来介绍一下:一、材料准备在制造陶瓷轴承时,需要用到高性能陶瓷材料。
这些材料通常包括氧化铝、氮化硅、氧化锆等。
这些材料的特点是具有高硬度、高密度、高强度、高耐磨、高耐高温等优点,适用于各种高强度、高温的应用场合。
在工厂中,通过高效压制设备进行成型,并进行必要的烧结处理,以获得所需的材料性能。
二、制造过程1、加工打磨在陶瓷轴承制造的初期阶段,需要进行加工和打磨等工作,使得外形和尺寸能够符合规定的标准。
加工和打磨时,需要使用高精度、高速度的机器和设备,来确保精度的达到要求。
陶瓷材料的硬度较高,所以这一阶段的加工需要采用钻石、氧化铝等硬度高的工具来进行加工。
2、装配在加工完成后,需要将陶瓷轴承中的各个部分进行组装。
通常采用的是把金属壳和陶瓷球配对进行组装。
通常采用的方法是将金属壳进行加工,以便于陶瓷轴承的容纳,接着,将一个陶瓷球放入金属壳中,并使用专用的装配设备进行轴承的组装。
组裝后的立體性能测试尤為重要,有助於發現最小的負面因素以優化產品性能。
3、检验测试轴承加工完成后,需要进行测试以确保尺寸精度和轴承运行质量问题。
这个过程主要依靠先进的检测设备和检测技术,对陶瓷轴承的各种性能指标进行检测和测试。
这些检测仪器能够测量轴承的旋转阻力、变形、噪声、摩擦力等各种性能指标。
若檢測的結果達不到預期標準,則需要進行再次加工和打磨,以維護製品的品質。
综上所述,制造陶瓷轴承工艺复杂,需要先进的加工和烧结设备、高效的加工和打磨和装配工序以及精密的测量和检测设备。
焊烤之後的陶瓷材料的硬度高,抗磨損、耐高溫,具有非常出色的磨损性能,是一种非常高效的轴承材料。
陶瓷球轴承介绍在工程陶瓷产品的开发应用中,陶瓷球轴承是工程陶瓷在工业领域广泛应用的典型范例,受到很多国家的高度重视.在高速精密轴承中,应用最多的是混合陶瓷球轴承,即滚动体使用热压Si3N4陶瓷球,轴承圈仍为钢圈。
这种轴承标准化程度高,对机床结构改动小,便于维护保养,特别适合于高速运行场合.其组装的高速电主轴,具有高速、高刚度、大功率、长寿命等优点。
1.轴承配置:内外圈轴承钢/不锈钢+陶瓷球+PA66/不锈钢保持器 +2RS/ZZ2.高温油脂,3.采用陶瓷球轴承和普通轴承相比的优势:陶瓷球轴承的优点(1)耐温高陶瓷球热膨胀系数小,在高温环境下不会因为温度的原因导致轴承球膨胀,这样大大提高了整个轴承的使用温度,普通轴承的温度在160度左右,陶瓷球的可以达到220度以上.(2)转速高陶瓷球具有无油自润滑属性,陶瓷球摩擦系数小,所以陶瓷球轴承具有很高的转速.据统计采用陶瓷球的轴承是一般轴承的转速1.5倍以上的转速.(3)寿命长陶瓷球可以不加任何油脂,也就是说即使油脂干掉,轴承还是可以运作的,这样就避免了普通轴承中因为油脂干掉导致的轴承过早损坏现象的发生.据我们测试以及一些客户的反馈使用陶瓷球后的轴承的使用寿命是普通轴承的2-3倍.(4)绝缘最后一点也是最重要的一点,绝缘,采用陶瓷球的轴承,可以使轴承的内外圈之间绝缘,因为陶瓷球是绝缘体,在轴承的内外圈之间用陶瓷球,就可以达到绝缘的效果.这样就使轴承能够在导电的环境下使用了.滚动轴承由套圈、滚动体、保持器、润滑脂、密封件组成,当滚动体采用陶瓷材料后,此滚动轴承就定义为陶瓷球轴承。
因为陶瓷球本身具有自润滑性能,所以润滑可以按使用要求,可以有润滑脂也可以不加润滑脂。
密封件也是可以按使用要求,决定陶瓷球轴承是否带密封件。
保持器也是可以按使用要求是否采用。
那么套圈、滚动体是轴承两个不可缺少的要素,当这两个要素不是同一种材料时,就有了混合轴承(Hybrid construction bearing)的说法。
陶瓷轴承和不锈钢轴承的对比轴承作为常用的机械传动元件,其材料种类多样,不同的材料也会对机械设备的性能和寿命产生不同的影响。
目前,在轴承材料方面,陶瓷轴承和不锈钢轴承是应用比较广泛的两种材料。
本文将对这两者进行比较。
1. 陶瓷轴承陶瓷轴承是指轴承内圈、外圈等核心部分采用陶瓷材料制作的轴承。
优点主要有以下几个:1.1. 耐高温陶瓷轴承具有良好的稳定性,热膨胀系数小,因此耐高温。
在超高温环境下使用,可以有效保证其性能。
1.2. 高强度相对于传统金属材料,陶瓷材料具有更高的强度和更好的耐磨性。
陶瓷轴承使用寿命长,因此通常作为高科技领域的先进产品。
1.3. 抗腐蚀陶瓷轴承具有优异的抗腐蚀性能,可以使用于恶劣的化学环境下。
1.4. 轻量化陶瓷材料相对于金属材料更轻,因此陶瓷轴承的整体重量比不锈钢轴承轻。
2. 不锈钢轴承不锈钢轴承的优点有以下几个:2.1. 性价比高不锈钢材料的制作成本相对较低,因此不锈钢轴承的价格较为经济实惠。
2.2. 抗冲撞不锈钢材料制成的轴承抗冲击能力较强,一些高耐杂质和耐腐蚀的不锈钢轴承还可以使用于恶劣的工作条件下。
2.3. 使用寿命长不锈钢材料具有较好的耐磨性,使用寿命较长。
2.4. 安装易于维护相对于陶瓷轴承,不锈钢轴承的安装和维护相对简单,因此在一些简易的机械设备中使用较为普遍。
3. 陶瓷轴承和不锈钢轴承的差异和应用相比较而言,陶瓷轴承在一些高端工业设备中使用较为普遍,如空气压缩机、气轮发电机和石化设备等。
陶瓷轴承的优点在于其良好的高温耐受性、抗腐蚀性、高强度强度和轻量化等方面。
但由于陶瓷材料较为易碎,可以使用较小的震动或冲击就会导致其损坏。
不锈钢轴承适用于较为简单的机械设备中,例如家电、渔具、自行车等。
不锈钢轴承是一种经济实惠的滚动轴承,具有较为强大的耐磨性能、高强度和耐腐蚀性。
但由于其在高温环境下的性能较差,因此不适合在高温条件下使用。
4. 总结综上所述,虽然两者都具有其独特的优势,但陶瓷材料的推出对轴承市场的稳定化发挥了显著的推动作用。
陶瓷轴承的用途
陶瓷轴承是一种新型的轴承材料,它具有高强度、耐磨、耐腐蚀、抗高温等优良特性,被广泛应用于航空、航天、机械制造、化工、电子等领域。
下面将从几个方面介绍陶瓷轴承的用途。
一、航空航天领域
陶瓷轴承被广泛应用于航空航天领域,其中最主要的用途是用于飞机、火箭、卫星等航天器的发动机、涡轮机、舵机、螺旋桨等高速旋转部件。
相比传统金属轴承,陶瓷轴承具有更高的强度和更好的耐磨性,能够承受更高的转速和更大的载荷,也更加耐腐蚀。
因此,陶瓷轴承在航空航天领域的应用越来越广泛。
二、机械制造领域
陶瓷轴承在机械制造领域的应用也非常广泛。
例如,在高速机床、高速电机、高速液压泵等设备中,陶瓷轴承可以有效地减少噪音、提高转速和寿命。
此外,在一些特殊的机械设备中,如高温炉、真空炉、高纯度煅烧炉等,陶瓷轴承具有更好的耐高温性能和更强的抗腐蚀能力,可以保证机器设备的正常运转。
三、化工领域
化工领域的设备多数需要承受腐蚀性气体或液体的侵蚀,传统金属轴承难以满足要求。
而陶瓷轴承具有优异的耐腐蚀性能,可以在强
酸、强碱、盐水等恶劣环境下稳定运行。
因此,陶瓷轴承在化工设备中的应用非常广泛,如在化工泵、酸洗机等设备中广泛应用。
四、电子领域
在电子领域中,陶瓷轴承也有着广泛的应用。
例如,在高速硬盘马达、精密电机、高速风扇等电子设备中,陶瓷轴承可以减少摩擦损失,提高转速和寿命,使得设备更加稳定可靠。
陶瓷轴承具有许多优良特性,因此在航空航天、机械制造、化工、电子等领域都有着广泛的应用。
随着人们对材料性能要求的不断提高,陶瓷轴承的应用前景将会更加广阔。
陶瓷轴承为什么需要润滑?陶瓷轴承是一种高转速轴承,具备耐腐蚀、耐磨损、耐高温、不导磁、不导电、强度高、刚性好、比重轻等特性。
可用于极度恶劣的环境及特殊工况,广泛应用于航空、航天、航海、石油、化工、汽车、电子设备,冶金、电力、纺织、泵类、医疗器械、科研和国防军事等领域,是新材料应用的高科技产品。
我们都知道,陶瓷材料具备自润滑的特性,那么为什么还需要使用润滑剂进行润滑呢?陶瓷轴承的选择陶瓷轴承用轴承钢制造,并经过热处理,内部间隙很小,各零件的加工精度较高,运转精度较高。
某些陶瓷轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷,可以简化轴承支座的结构。
陶瓷轴承的套圈及滚动体采用全陶瓷材料,有氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(Sic)三种。
选择陶瓷轴承时需注意的事项:润滑剂的种类是润滑脂或润滑油;工作环境和工作温度;占用空间的大小;轴的支承结构优点及其允许角度偏差;密封表面的圆周速度。
陶瓷轴承的润滑润滑方法陶瓷轴承使用过程中,若是使用时间久,那么灵活性必然不是很好,那么这时需要使用润滑油,能够降低轴承磨损,减少轴承报废率,保证轴承正常的使用寿命。
其润滑分为脂润滑和油润滑,若只考虑润滑,油润滑的润滑性则占优势。
但是脂润滑具有可以简化陶瓷轴承周围结构的特长。
为了让陶瓷轴承很好地发挥作用,要选择适合的使用条件和目的的润滑方法。
润滑作用简化陶瓷轴承周围结构;散热作用和减振作用;防锈、防腐蚀、防尘和密封;减少相对运动金属表面之间的摩擦和磨损;减小接触应力,延长陶瓷轴承的接触疲劳寿命;带走陶瓷轴承运转中产生的磨损颗粒或污染物;润滑脂的选择润滑脂对陶瓷轴承的运转和寿命有着极为重要的影响,在这里简单介绍选择润滑脂的一般原则。
在选择时要注意,不同种类和同一种不同牌号的润滑脂性能相差较大,允许的旋转极限不同。
润滑脂的性能主要由基础油决定,一般低粘度的基础油适用于低温、高速;高粘度的适用于高温、高负荷。
增稠剂也关系着润滑性能,增稠剂的耐水性决定润滑脂的耐水性。
陶瓷球轴承与钢球轴承的区别陶瓷球轴承与钢球轴承是两种常见的轴承类型,它们在材质、结构和性能等方面存在一些区别。
下面将就这些方面进行详细的比较,以帮助我们更好地理解陶瓷球轴承和钢球轴承的不同。
1. 材质陶瓷球轴承的最大特点是采用陶瓷材料制作,常用的陶瓷材料有硅酸盐陶瓷、氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷等。
这些材料具有低密度、高硬度、高强度、低热膨胀系数、高温耐受力强等特点,使得陶瓷球轴承具备更好的耐磨性和高速运转能力。
相比之下,钢球轴承的球体和内外圈均由钢材制成,其特点是强度高、坚固耐用。
2. 密封性陶瓷球轴承由于材料的特性,具有良好的密封性能,陶瓷材料的低摩擦系数可以减少泄漏和干涉,从而使密封效果更佳。
而钢球轴承一般需要额外的密封装置来增强其密封性。
3. 耐腐蚀性陶瓷材料具有良好的耐腐蚀性,能够抵抗酸、碱等腐蚀性介质的侵蚀,因此陶瓷球轴承在恶劣的工作环境中表现更出色。
而钢球轴承在腐蚀性介质中容易出现腐蚀、生锈等问题。
4. 温度特性陶瓷材料具有优异的高温特性,能够在高温环境下工作,并保持较低的热膨胀系数。
相比之下,钢球轴承的温度特性较差,容易受热膨胀的影响,从而影响其使用寿命。
5. 润滑要求陶瓷球轴承材料表面光滑,在很多情况下可以忽略润滑要求,减小了维护成本。
而钢球轴承需要在运转时添加润滑剂,以减少摩擦和磨损。
6. 重量陶瓷材料的密度低于钢材,因此陶瓷球轴承相对钢球轴承具备更轻的重量。
在需要减轻设备负担、提高运转效率的场合,采用陶瓷球轴承能够有效地实现这一目标。
7. 噪音和振动陶瓷球轴承由于材质的特点,表现出较低的噪音和振动水平。
相比之下,钢球轴承在高速运转时容易产生噪音和振动,影响使用效果和舒适性。
综上所述,陶瓷球轴承和钢球轴承具有不同的材质、结构和性能特点。
作为技术的进步,陶瓷轴承在一些特定的应用领域表现得更出色,如高速运转、高温环境、腐蚀性介质等。
但由于其生产成本较高,陶瓷轴承在一些一般性应用中难以替代传统的钢球轴承。
新型陶瓷轴承的研究
陈勇
(山东轻工业学院材料科学与工程学院山东济南250300)
摘要:近几年来,随着社会进步和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、材质和性能的要求也越来越高,一些高科技领域和某些特殊环境下工作的机械,如航空航天、核能、冶金、化工、石油、仪器、机械、电子、纺织、制药等工业,需要在高温、高速、高精度、真空、无磁性、无油润滑、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。
国内外研究发现某些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,成为机械工作材料技术革命的标志。
关键词:陶瓷;轴承;氧化锆;耐磨;
引言:研究陶瓷轴承,使越来越多的人认识和了解陶瓷轴承的优越性,并使用它。
随着加工技术的不断进步,工艺水平的日益提高,陶瓷轴承的成本不断下降,已经从过去只在一些高、精、尖领域小范围内应用,逐步推广到国民经济各个工业领域,产品市场价格也逐渐接近实用化,达到用户可接受的程度,陶瓷轴承大面积应用的浪潮已经涌来!
1、简介
陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件,由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能,抗高温、超强度等在新材料世界独领风骚。
近十多年来,在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。
航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及科研国防军事技术等领域需要在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦等特殊工况下工作,陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。
2、主要特性
2.1、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D
N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,当采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。
2.2、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,大约可提高刚度15%~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价值,如超精密机床的主轴、高精度的航天轴承等。
2.3、长寿命
由于陶瓷材料位错少,迁移率低,且具有高的硬度,一般较金属的硬度要高1倍多,能够减少磨损,使得陶瓷轴承具有好的耐磨性。
此外,氮化硅陶瓷的机械强度并不低,其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℃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,因此,耐压痕性好的陶瓷轴承通常具有更长的寿命,一般较钢制轴承提高3~5倍。
2.4、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。
2.5、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,且产生的热预载较低,从而避免了过多的热量聚集成疲劳剥落失效,有益于在温度变化大的环境中使用。
2.6、耐蚀性
陶瓷性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有应用场合,如化工机械设备、食品、海洋等部门使用的机械以及原子能设备中的应用。
2.7、无磁性
在强磁环境中,使用钢制轴承时,从轴承本身磨损下来的微粉被吸附在滚动体和滚道面之间,成为轴承提前剥落损坏、噪声增大的主要原因,由于陶瓷轴承是完全非磁性,且具有正常的承载能力,所以可用于需要完全非磁性轴承的场合。
2.8、绝缘性
陶瓷材料的常退电阻率比较高,可作为较好的绝缘材料,使轴承免遭电弧损伤。
2.9、自润滑性
陶瓷轴承可实现自润滑。
3、主要用途
陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性。
可用于极度恶劣的环境及特殊工况,可广泛应用于航空、航天、航海、石油、化工、汽车、电子设备,冶金、电力、纺织、泵类、医疗器械、科研和国防军事等领域,是新材料应用的高科技产品。
陶瓷轴承的套圈及滚动体采用全陶瓷材料,有氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(Sic)三种。
保持器采用聚四氟乙烯、尼龙66,聚醚酰亚氨,氧化锆、氮化硅,不锈钢或特种航空铝制造,从而扩了陶瓷轴承的应用面。
4、分类
4.1按用途分类
4.1.1、高速轴承
具有耐寒性、受力弹性小、抗压力大、导热性能差、自重轻、摩擦系数小等优点,可应用在12000转/分-75000转/分的高速主轴及其它高精度设备中;
4.1.2、耐高温轴承
材料本身具有耐高温度1200℃,且自润滑好,使用温度在100℃-800℃间不产生因温差造成的膨胀。
可应用在炉窑,制塑、制钢等高温设备中;4.1.3、耐腐蚀轴承
材料本身具有耐腐蚀的特性,可应用在强酸、强碱、无机、有机盐、海水等领域,如:电镀设备,电子设备,化工机械、船舶制造、医疗器械等。
4.1.4、防磁轴承
因无磁不吸粉尘,可减少轴承提前剥落、噪声大等。
可用在退磁设备。
精密仪器等领域。
4.1.5、电绝缘轴承
因电阻力高,可免电弧损伤轴承,可用在各种要求绝缘的电力设备中。
4.1.6、真空轴承
因陶瓷材料独具的无油自润滑特性,在超高真空环境中,可克服普通轴承无法实现润滑之难题。
4.2按材料分类
4.2.1氧化锆陶瓷轴承
氧化锆陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨耐腐蚀、无油自润滑、耐高温耐高寒等特点。
可用于极度恶劣环境及特殊工况。
套圈及滚动体采用氧化锆(ZrO2)陶瓷材料,保持器使用聚四氟乙烯(PTFE)作为标准配置,一般也可使用玻璃纤维增强的尼龙66(RPA66-25),特种工程塑料(PEEK,PI),不锈钢(AISISUS316),黄铜(Cu)等。
4.2.2氧化硅陶瓷轴承
氮化硅陶瓷轴承套圈及滚动体采用氮化硅(Si3N4)陶瓷材料,保持器使用聚四氟乙烯(PTFE)作为标准配置,一般也可使用RPA66-25,PEEK,PI,以及酚醛夹布胶木管等。
SiN4制全陶瓷轴承相比较ZrO2材料可适用于更高转速及负荷能力,以及适用于更高的环境温度。
同时可提供用于高速高精度高刚性主轴的精密陶瓷轴承,最高制造精度达P4至UP级。
4.2.3满装球陶瓷轴承
满装球型陶瓷轴承一面带添球缺口,因采用无保持架结构设计,可以比标准结构的轴承装入多的陶瓷球,从而提高其负荷能力,另外还可避免因保持架材料的限制,可达到陶瓷保持架型全陶瓷轴承耐腐蚀及耐温效果。
该系列轴承不适宜较高转速,安装时应注意将缺口面装于不承受轴向负荷的一端。
4.2.4混合陶瓷球轴承
陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数,耐磨、自润滑及刚性好等特点,特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体(内外圈为金属)。
一般内外圈采用轴承钢(GCr15)或不锈钢(AISI440C),陶瓷球可选用ZrO2,Si3N4,或SiC材料。
5、性能对照
普通轴承钢AISI52100(GCr15)、不锈钢AISI440(9Cr18)、氮化硅(Si3N4)和氧化锆(ZrO2)四种轴承材料性能对照情况,如下图。
性能对照表
总之,采用陶瓷材料制造轴承,可极大地扩展滚动轴承在各个领域的应用范围。
目前世界各国研究、生产、销售陶瓷轴承的公司很多,但大多为混合轴承,即轴承滚动体为陶瓷材料,内外圈为钢制材料。
我国在陶瓷轴承研究方面起步较晚,国家自八五开始将陶瓷球轴承研究与开发列入科技攻关项目,并注入了大量资金,一些科研院所和企业也做出了有益探索,取得了可喜的成果,但目前仍处于试验研究阶段。
影响陶瓷材料在球轴承中广泛应用的主要原因是它的难加工性和过高的制造成本。
最近山东临沂沂德钢球制造有限责任公司科研人员对陶瓷轴承球的研究方面取得了很大进展,加工速度较国内现有技术提高一倍以上,各项技术指标均达到或超过G5级标准要求。
对我国陶瓷轴承实现产业化和商品化的进程可起到一定的推进作用。
当然,陶瓷轴承的研究还处于初期,其研究远远没
有结束,还需要在以下几方面进一步研究、探索:一是研究适应范围更宽、润滑条件更恶劣条件下陶瓷轴承的滚动接触性能;二是研究陶瓷轴承相关部件的结构配合设计,以及加工的可靠性和经济性;三是陶瓷轴承相关部件无损检测方法和破坏预测的技术;四是制定陶瓷轴承的检验标准等。
相信陶瓷轴承进入实用化阶段已为时不远,其应用前景十分广阔,甚至有人所预言的那样:陶瓷轴承今后会完全取代钢质轴承。