选择陶瓷轴承三个必要问题-陶瓷轴承选择

一、陶瓷轴承的兴起

早在 2000 年，科学家们就在岩石中发现了锆石，这表明生命可能比以前认为的早 5 亿年开始。这种令人难以置信的化合物产生了巨大的影响，它的氧化物氧化锆 (ZrO 2 ) 也用于制造全陶瓷轴承。但是增加的成本值得吗？

全陶瓷轴承通常比钢更圆、更光滑、更硬，具有出色的耐腐蚀性和耐热性、更高的尺寸稳定性和更低的密度。然而，这是有代价的。陶瓷轴承比钢制轴承贵得多。

二、问题1：什么时候使用陶瓷轴承才是值得呢？

高价值应用程序（如实验室设备）具有每次使用应用程序时都需要满足的确切要求。在此类设备中使用错误的组件可能会污染研究条件，或导致研究完全停止。所以看要使用的实际工况和设备的整体要求

比如医疗设备中，陶瓷轴承无污染和非磁性特性作为重点要求被证明是至关重要的，以其中的以磁共振成像 (MRI) 为例，该成像技术主要与医院 MRI 扫描仪相关。该技术使用强磁场来生成任何活体的二维或三维图像。由于其磁性，标准钢轴承不能用于这些扫描仪，因此陶瓷轴承是这些高价值应用的最佳选择。

同样，随着集成电路制造商努力使他们的芯片更快、更小和更便宜，半导体制造设备公司变得更加依赖先进的陶瓷元件来实现所需的性能。

为什么这些高价值应用程序（如实验室设备）大部分都是选用陶瓷轴承？这就得益于陶瓷轴承自身的特性

陶瓷轴承优点：

1、使用由氮化硅制成的轴承，而不是标准的氧化铝（氧化铝），可提供电绝缘和良好的耐腐蚀性。

2、氮化硅的电阻率和介电常数与氧化铝相似，但由于其微观结构，该材料要坚固得多。

3、全陶瓷轴承可以适应半导体生产阶段存在的许多挑战性条件；

4、从接近 1400 °C 的炉温到洁净室 1 的空气质量。突然间，增加的成本显然是合理的。

三、问题2：选用氧化锆还是氮化硅陶瓷材质做轴承？

市面上有许多陶瓷轴承类型，与传统轴承元件相比，它们都具有许多优势。用作轴承材料的典型陶瓷是氮化硅（Si 3 N 4）和氧化锆（ZrO 2）。

氮化硅材质优点：

1、氮化硅是一种非常坚硬但又非常轻的材料。

2、它具有出色的耐水、盐水和许多酸和碱的性能

3、具有非常宽的温度范围，适用于高真空应用。

氮化硅材质缺点：

氮化硅的极高硬度也意味着更大的脆性，因此应尽量减少冲击或冲击载荷以避免开裂的风险。

氮化硅已被用作多种航空航天应用的主要材料。值得注意的是，美国宇航局的航天飞机最初是用涡轮泵内的钢轴承制成的——当航天飞机，特别是它的发动机，承受巨大的负载和温度时，这不是一个好的组合。

由于这些极端负载，NASA 工程师将轴承升级为氮化硅等效物，因为它在真空环境中具有优势。令人印象深刻的是，根据美国国家航空航天局的分析报告，与钢轴承相比，Si 3 N 4轴承的运行时间增加了 40%。

氧化锆材质优点

1、由 ZrO 2或二氧化锆制成的陶瓷轴承是一种坚韧的陶瓷材料，

2、虽然它们通常被称为 ZrO 2轴承，但它们实际上是由用氧化钇稳定的 ZrO 2制成的，这使材料在室温下具有更高的强度和抗断裂性。

3、具有极强的防水性

氧化锆材质缺点：

1、具有与钢非常相似的膨胀特性，尽管它们轻了 30%。当考虑高温应用的轴和外壳配合时，这是一个优势，其中轴承膨胀可能意味着轴不再适合。

2、因为具有极强的防水性，这意味着它们经常用于船舶应用，特别是在设备完全浸没的情况下，或者传统钢轴承无法承受负载或速度的情况下。

究竟是选用氧化锆还是氮化硅陶瓷材质做轴承？这一直是复杂的决定。选择轴承考虑的方面也是多面的，但是据目前来看，但一般来说，氧化锆ZrO 2轴承更常用，因为它们具有极强的耐腐蚀性和更坚韧的特性。

四、问题3：选择全陶瓷还是半陶瓷轴承好？

大部分的考虑使用陶瓷轴承时，一般会认为是混合版本。混合轴承位于陶瓷和钢的中间，通常包括不锈钢座圈或环和陶瓷球。

例如，我们常见的在磨床上，通过添加陶瓷混合轴承和合成润滑脂，由于摩擦减少，每分钟转数 (RPM) 可以提高 25%。使用混合陶瓷的磨削主轴可以运行 4000 小时而不会出现问题，而使用钢轴承则可以运行 3000 小时。

而且混合轴承还可以将温度降低近 50%。在卧式加工中心，从传统轴承切换到混合替代品已被证明可以在 12,000 RPM 时将轴承温度从 60 °C 降低到 36 °C。

使用混合轴承组合允许比全陶瓷选项更高的速度，因为较不脆的金属环在高速或负载下不易发生突然的灾难性故障。也就是说，与全陶瓷轴承相比，混合轴承的耐腐蚀性相形见绌。但是在一些比较特殊的工况环境中，全陶瓷轴承也是相当有市场的