水下運(yùn)轉(zhuǎn)自如的氮化硅陶瓷軸承

承是機(jī)械設(shè)備中一種及其重要的零部件，其主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低其運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度，其作用與人體關(guān)節(jié)相似，故素有“機(jī)械的關(guān)節(jié)"之稱。
   軸承的使用十分普遍，外露的內(nèi)藏的，在許多你不知道的地方或許都有軸承在默默發(fā)揮作用。不過(guò)隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，下游對(duì)軸承的性能要求也越來(lái)越高，采用鋼質(zhì)材料的軸承已經(jīng)無(wú)法滿足某些場(chǎng)合的需求，比如說(shuō)水環(huán)境，就是鋼質(zhì)軸承的大敵。

   要知道，液態(tài)環(huán)境往往并不止有普通的水，比如說(shuō)在航天領(lǐng)域某污水回收處理系統(tǒng)中，還需添加一定量的H2SO4和強(qiáng)氧化劑，用于抑制溶液中微生物的增長(zhǎng)，因此對(duì)軸承的性能提出了更高要求。
   氮化硅陶（Si3N4）陶瓷材料對(duì)大多數(shù)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(xué)穩(wěn)定性。只有氫氟酸(HF)和鹽酸、硝酸的混合液(HCl/HNO3)能對(duì)Si3N4產(chǎn)生腐蝕。因此用Si3N4做出的陶瓷軸承可長(zhǎng)時(shí)間工作于腐蝕性的酸、堿、鹽等溶液中，在化學(xué)工業(yè)或核動(dòng)力工業(yè)，陶瓷軸承可替代化學(xué)穩(wěn)定性差的鋼質(zhì)軸承，其平均壽命比不銹鋼軸承高4-25倍。

   不過(guò)單純是不夠的，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(hào)的Si3N4材料同樣優(yōu)勢(shì)突出，或者說(shuō)根本不算什么問(wèn)題??它不僅，而且還具有密度小、硬度高、電絕緣、不導(dǎo)磁、抗壓強(qiáng)度高、自潤(rùn)滑性能好等諸多特點(diǎn)，因此作為軸承材料時(shí)具有下方等諸多優(yōu)勢(shì)：
一、高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能
   對(duì)一般軸承而言，當(dāng)速度因數(shù)DN值在2.5×106以上，其滾動(dòng)體的離心力便會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而急劇增大，軸承的滾動(dòng)接觸表面的滑動(dòng)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(zhuǎn)時(shí)陶瓷滾動(dòng)體產(chǎn)生的離心力大大低于鋼質(zhì)滾動(dòng)體，使其對(duì)外環(huán)滾道的壓力和交變載荷相應(yīng)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(xiàn)“抱軸"現(xiàn)象，其使用壽命比鋼制軸承提高3-6倍；同時(shí)，滾動(dòng)體的離心力大大減少，由于滾動(dòng)體的離心力引起的高速打滑現(xiàn)象也大大降低，從而使?jié)L動(dòng)體、保持架組件的慣性力減少。
二、性能

   溫度變化對(duì)軸承的滾動(dòng)疲勞壽命會(huì)產(chǎn)生較大影響，通常作為耐熱材料使用的M50鋼制軸承在250℃時(shí)的額定壽命約為常溫下的1/10。而對(duì)于陶瓷軸承，由于陶瓷材料具有的高溫性能，在高溫工況下具有很好的滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果表明，在1000℃高溫下Si3N4還保持相當(dāng)高的抗彎強(qiáng)度，因此陶瓷軸承有較好的接觸應(yīng)力和較長(zhǎng)的疲勞壽命。
三、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性能外，更重要的是其疲勞損壞方式是非災(zāi)難式的，與軸承鋼金屬材料類似是發(fā)生蝕坑或出現(xiàn)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(shù)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(yīng)力及潤(rùn)滑條件均對(duì)氮化硅陶瓷球滾動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度有較大影響。

四、自潤(rùn)滑性能
   Si3N4陶瓷材料本身具有減摩、抗磨、潤(rùn)滑功能，在不良的潤(rùn)滑工況條件如邊界潤(rùn)滑、無(wú)油干摩擦情況下，顯示出*的減摩自潤(rùn)滑性能，可以大大提高機(jī)器的工作可靠性和使用壽命，并能降低機(jī)器噪聲，減少維護(hù)費(fèi)用。
五、非磁性且絕緣
  在強(qiáng)磁環(huán)境中，使用鋼制軸承時(shí)，從軸承本身磨損下來(lái)的微粉被吸附在滾動(dòng)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(guò)氮化硅軸承是*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*非磁性軸承的場(chǎng)合。