隨著機(jī)械制造業(yè)向高精度、高速度方向發(fā)展,軸承應(yīng)用范圍越來越廣,對軸承的性能要求也越來越高,尤其是在一些特殊工作環(huán)境下,金屬軸承無法適應(yīng)需求,甚至完全無法工作。而陶瓷材料因具有密度小、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能,成為高速制造精密軸承的理想材料。
一、氮化硅陶瓷的優(yōu)點和特性
雖然氮化硅在工業(yè)陶瓷中不是最硬的,韌性也不是最高的,但是在要求高性能的軸承應(yīng)用中,氮化硅被認(rèn)為具有最佳的機(jī)械物理綜合特性。下面來看一下,氮化硅與其它軸承材料相比的優(yōu)異之處。
5種軸承材料性能對比
耐熱性
一般鋼制的軸承使用溫度超過120℃時,硬度就會降低,滾動壽命也會下降。而氮化硅具有很好的溫度特性,特別適用于高溫環(huán)境。
離心力
氮化硅的密度約為3.24×103kg/m3,而軸承鋼的密度約為7.8×103kg/m3,僅為軸承鋼密度的40%左右,所以當(dāng)滾動體使用軸承時,軸承在高速旋轉(zhuǎn)時能夠抑制因離心力作用引起的滾動體載荷的增加。
線膨脹系數(shù)
氮化硅的線膨脹系數(shù)大約是軸承鋼的1/4,所以隨溫度變化的尺寸變化量小,故有益于在溫度變化大的環(huán)境中使用。
硬度、彈性系數(shù)、泊松比
因為氮化硅的彈性系數(shù)大約是軸承鋼的1.5倍,所以相對載荷的彈性變形小,相對載荷的鋼性較高。
耐腐蝕、無磁性、絕緣性
化工機(jī)械設(shè)備、食品海洋等部門使用的機(jī)器,采用鋼制軸承時,其腐蝕就是個問題。在強(qiáng)磁環(huán)境中,使用鋼制軸承,從軸承本身磨損下來的微粉被吸附在滾動體 和滾動面之間,這將成為軸承提早剝落損壞和噪聲增大的主要原因。
二、氮化硅陶瓷軸承的制備
氮化硅陶瓷軸承制備過程
氮化硅陶瓷粉末的制取
軸承零件用氮化硅粉末要求具有以下重要特性:純度高;高均勻而細(xì)的顆粒;α相含量高。最符合此要求的制備氮化硅粉末的方法為碳熱還原氮化法,其反應(yīng)式為:
3SiO2+6C+2N2=Si3N4+6CO,此種方法得到的粉末含金屬雜質(zhì)較少,純度高,顆粒細(xì),α相含量高,符合軸承零件用材的要求。
氮化硅陶瓷軸承相關(guān)部件成型
氮化硅陶瓷軸承相關(guān)部件的制備方法很多,如反應(yīng)燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法、無壓燒結(jié)法、二次反應(yīng)燒結(jié)法。為了獲得完全致密的氮化硅材料,采用熱等靜壓法比較理想。
氮化硅陶瓷軸承相關(guān)部件加工
氮化硅陶瓷軸承相關(guān)部件的加工基本與軸承鋼材部件加工相似,磨削機(jī)理基本相同。但是由于氮化硅的各種性能與鋼材的性能存有較大的差異,所以在機(jī)械加工中磨削工具、加工系數(shù)、研磨混合劑等均有相當(dāng)大的差別,各工序?qū)τ?a href="http://zhanqunliushi.cn/zc/1412.html" target="_blank" style="color:#0000ff">磨料的粒度、種類、形狀、數(shù)量、強(qiáng)度、破碎特性、磨損特性等要求均有所不同。目前使用的磨料主要有碳化硅、碳化硼、金剛石粉等。
氮化硅陶瓷軸承的裝配
一般滾動軸承是由四種主要零件組成的,即外圈、內(nèi)圈、滾動體及保持架。由于滾動軸承有十大類之多,不同類型的軸承采用的保持架形式各不相同,因此軸承的裝配方式也不盡相同。
氮化硅陶瓷軸承作為一種重要的機(jī)械基礎(chǔ)件,由于其具有其他軸承所無法比擬的優(yōu)良特性,在新材料世界獨領(lǐng)風(fēng)騷。近年來,其在航空航天、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,氮化硅陶瓷軸承不可缺少的替代作用正在被人們逐漸地認(rèn)識。
參考資料:
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徐學(xué)敏.陶瓷軸承球的應(yīng)用和生產(chǎn)加工
蔣沂萍.氮化硅陶瓷:極具前途的軸承用材
李婷.陶瓷軸承應(yīng)用開啟藍(lán)海 產(chǎn)業(yè)競爭發(fā)展風(fēng)頭正勁