据调查统计,世界上约有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,采用陶瓷材料制造轴承是对传统轴承的一次革命。

陶瓷轴承由于具有金属轴承所无法比拟的优异性能,近年来在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。在航空航天、核工业、石油工业、化学工业、 轻纺工业、食品工业、高速机床等高温、高速、耐腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦的特殊环境下,陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。

来源:ISK

20世纪60年代以来,随着陶瓷材料的开发与应用,陶瓷轴承也得以发展。以美国为中心开始研究陶瓷轴承各工业发达国家都把开发陶瓷轴承新材料纳入国家计划,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,之后世界各国就一直在竞相开发、研制新一代更高性能的陶瓷轴承。

作为陶瓷球轴承的核心部件——陶瓷球体,国外的研发和竞争也比较激烈。美国的Norton公司采用HIP法生产的陶瓷球在国际上堪称一流水平。目前世界各国研究陶瓷球轴承处于领先水平的主要公司有瑞典的SKF、德国的FAG、 法国的圣戈班、日本的NSK、KOYO、NMB(美培亚)等。

陶瓷球轴承运用的场合范围也较广泛,比如数控机床用陶瓷球轴承、磨床电主轴用陶瓷球轴承、机床滚珠丝杠用陶瓷球轴承等。陶瓷球轴承的高耐磨性、自润滑性、超高转速等性能得到了淋漓尽致的发挥,也为高精度机床、高速机床、特种环境设备作出了贡献。

图  陶瓷球常规用途示例表 

陶瓷轴承的应用

随着陶瓷制造技术的发展,陶瓷轴承的应用领域已经非常广泛,在此介绍陶瓷轴承的典型应用领域。

高速领域

一般认为,在轴承 dm·n 值低于 2×106 mm.r.min-1外圈接触应力低于 2000MPa 时,使用钢制轴承能够满足要求;在轴承 dm·n 值要求更高特别是轴承外圈接触应力高于 2000MPa,由于钢轴承的强度极限低于一定的接触应力,只有陶瓷球轴承才能满足极高速度的要求;随着陶瓷球制造成本的降低,陶瓷球轴承设计优化,轴承润滑方面的因素,使陶瓷轴承的应用速度范围向较低的转速特性值 dm·n 方向推进。

机床主轴轴承:加工机床特别是加工中心,以提高加工效率和加工精度为目的而要求高速化,陶瓷轴承的应用使机床主轴轴承的转速特性值 dm·n 值油气润滑条件下达到 2×106 mm.r.min-1 以上、脂润滑条件下达到 1×106 mm.r.min-1 而且 摩擦特性、温升特性、刚度等得到极大改善,在机床主轴中广泛应用。

牙钻轴承:牙科工具的超高速化和组件化,转速达到 40×104以上,充分发挥了陶瓷球轴承的高速特性。

陶瓷球轴承S144K(来源:优微陶瓷)

电主轴轴承:陶瓷球轴承使电主轴转速提高 30%,寿命是钢制轴承的 2 倍以上。 涡轮增压器轴承、气动工具轴承,也已开始批量应用。

极限温度环境

高温轴承:全陶瓷轴承,采用固体润滑,可在 500℃--1000℃下可靠工作,如烘箱和热处理设备轴承等,熔融盐及熔融金属设备轴承等。混合陶瓷轴承可使轴承在 200℃--400℃下长期工作,如热风装置轴承,外球面轴承座及外球面轴承等。

低温轴承:利用陶瓷良好的摩擦特性,用于低温环境,在 - 180℃以下稳定工作,如液氧泵轴承。

陶瓷/金属陶瓷轴承(来源:沃科夏轴承)

腐蚀环境

利用陶瓷良好的耐腐蚀特性,使得陶瓷轴承可以用于多种腐蚀环境,在腐蚀环境下长时间工作。如化工设备、食品加工设备、自行车等室外运动装备等。

自行车上使用的高性能陶瓷轴承(来源CeramicSpeed

绝缘、磁性环境

利用陶瓷的绝缘和非磁性特性,陶瓷轴承用于电动机和发电机等存在电蚀的场合,以及用于存在磁性需要轴承良好转动的场合。如电力机车、风电设备、核磁共振医疗设备等,日本 KOYO 公司开发了内径 12mm—75mm 的防止电蚀(绝缘) 电机专用混合陶瓷轴承,型号为 3NC6201ZZC3—3NC6315ZZC3。

航空航天领域

随着各国对航空航天器向尖端方向发展,航空航天器的工作条件越来越苛刻,有些场合金属材料已经不能满足要求,甚至不能使用,各国已经在航空航天领域较多的采用陶瓷轴承,如飞机燃气轮机主轴轴承,宇航装备轴承等。

航空发动机的燃料泵中,它可以长时间的在液氧、液氢介质中工作,它已被证明,经历50次发射过程而不损坏。举个例子,美国诺顿公司已将氮化硅陶瓷轴承应用在航天飞机的液压泵上,轴承的运转速度提高了50%~100%。

图源:SKF

综上所述,陶瓷轴承的应用领域非常广泛,有广阔的发展空间和前景。

来源:

1.李婷,谈陶瓷轴承的应用及市场前景

2.郭桦,陶瓷球轴承的发展与应用

3.洛阳轴研科技股份有限公司,张永乾,陶瓷轴承技术发展与应用

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推荐活动:第八届精密陶瓷产业链展览会8月26-28日,深圳国际会展中心(宝安新馆)】

一、展会精彩内容

·展出范围

陶瓷器件及材料MLCC、LTCC、HTCC、微波介质陶瓷、压电陶瓷、钛酸钡、碳酸钡、氧化钛、氧化铝、氧化锆、玻璃粉、氮化铝、LTCC介质陶瓷粉体、稀土氧化物、生瓷带等;

精密陶瓷:氧化锆、氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化钇、结构陶瓷、高温陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷轴承、陶瓷球、半导体陶瓷(搬运臂、陶瓷劈刀、静电卡盘、蚀刻环……)、3D打印陶瓷、燃料电池(SOFC)隔膜片、穿戴陶瓷、光纤陶瓷插芯、陶瓷套筒、CIM、生物陶瓷等;

陶瓷基板及封装外壳:陶瓷封装外壳、DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜电路板、厚膜电路板、陶瓷封装基座、热沉、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化铍、莫来石粉体及基板等;

金属材料:银粉、金粉、铜粉、镍粉、焊料(焊片、焊膏)、MLCC用内/外电极浆料、LTCC银浆、金浆、钨钼浆料、铜浆、靶材、无氧铜带、可伐合金、金属冲压件等;

助剂:陶瓷和导电浆料用分散剂、黏合剂、增塑剂、絮凝剂、矿化剂、消泡剂、润滑剂、烧结助剂等;

陶瓷加工设备:砂磨机、球磨机、真空脱泡机、三辊机、喷雾造粒机、干压机、流延机、注塑机、3D打印机、模具、干燥设备、研磨机、精雕机、裁片机、激光设备、打孔机、填孔机、丝网印刷机、叠层机、层压机、等静压机、热切机、整平机、排胶炉、烧结炉、钎焊设备、电镀设备、化学镀、喷银机、浸银机、端银机、真空镀膜设备、显影设备、去膜设备、蚀刻机、湿制程设备、等离子清洗、超声波清洗、自动化设备、剥离强度测试仪、AOI检测设备、打标机;

封装测试设备:贴片机、引线键合机、封盖机、平行缝焊封帽、切筋机、钎焊设备、激光调阻机、网络分析仪、热循环测试设备、测厚仪、氦气检漏仪、老化设备、外观检测、超声波扫描显微镜、X-光检测、激光打标、分选设备、测包编带机等;

耗材:离型膜、载带(塑料和纸质)、耐火材料、承烧板/匣钵(氧化铝、刚玉莫来石、氮化硼等)、承烧网、发泡胶、研磨耗材(金刚石微粉、研磨液)、精密网版、清洗剂、电镀药水等。

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二、展位预订

 

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作者 ab, 808