陶瓷轴承革新轴承领域的革命性材料

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据统计,全球约三分之一的能源损耗源于各类摩擦,而轴承摩擦占其中的十分之一左右。陶瓷轴承的诞生,无疑是对传统金属轴承的一次重大革新。凭借其出色的性能,陶瓷轴承在众多领域中发挥着日益重要的作用,尤其是在航空航天、核工业、石油化工、轻纺、食品加工以及高速机床等高温、高速、高腐蚀、真空、电绝缘、无磁且需干摩擦的特殊环境中,陶瓷轴承的替代作用正逐渐被人们所认知和重视。自20世纪60年代陶瓷材料崭露头角以来,陶瓷轴承的发展也随之起步。美国作为研究的中心,众多工业发达国家纷纷将陶瓷轴承新材料的研发纳入国家计划。年,美国航空航天局(NASA)成功研制出世界上第一套陶瓷轴承,由此揭开了全球竞相研发新一代高性能陶瓷轴承的序幕。陶瓷球轴承的核心部件——陶瓷球体,其研发与竞争同样在全球范围内激烈展开。美国Norton公司凭借其HIP法生产的陶瓷球,被誉为国际领先水平。目前,全球在陶瓷球轴承领域处于领先地位的公司众多,包括瑞典的SKF、德国的FAG、法国的圣戈班,以及日本的NSK、KOYO和NMB(美培亚)等。

陶瓷球轴承的应用

领域也相当广泛,涵盖了数控机床、磨床电主轴以及机床滚珠丝杠等多个方面。在这些场合中,陶瓷球轴承的高耐磨性、自润滑性以及超高转速等特点得到了充分展现,为高精度机床、高速机床以及特种环境设备的发展做出了重要贡献。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不断进步,陶瓷轴承的应用范围已日益广泛。接下来,我们将详细介绍陶瓷轴承的几个典型应用领域。

高速领域

在轴承的dm·n值低于2×06mm.r.min-且外圈接触应力低于MPa的情况下,钢制轴承通常能满足使用要求。然而,当轴承的dm·n值要求更高,特别是外圈接触应力超过MPa时,由于钢轴承的强度极限无法承受如此高的接触应力,此时陶瓷球轴承便显现出其独特的优势。得益于陶瓷球制造成本的降低和轴承设计的优化,陶瓷轴承的应用速度范围正在向更低的转速特性值dm·n拓展。

机床主轴轴承

加工机床,特别是加工中心,为了提升加工效率和精度,正在追求更高的主轴转速。陶瓷轴承的应用使得机床主轴轴承的转速特性值dm·n在油气润滑条件下能达到2×06mm.r.min-以上,脂润滑条件下也能达到×06mm.r.min-,同时摩擦特性、温升特性以及刚度等方面都得到了显著改善,因此在机床主轴中得到了广泛的应用。

牙钻轴承

牙科工具正在朝着超高速化和组件化的方向发展,其转速已达到40×04以上。这种高转速环境恰恰充分发挥了陶瓷球轴承的高速特性,使其在牙钻轴承中占据了不可或缺的地位。

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在电主轴领域,陶瓷球轴承的应用使得电主轴的转速提升了30%,同时其寿命也超过了钢制轴承的两倍。此外,陶瓷球轴承在涡轮增压器轴承和气动工具轴承的应用也已进入批量生产阶段。

极限温度环境下的应用

对于高温环境,全陶瓷轴承采用固体润滑方式,能够在℃至℃的温度范围内稳定工作,非常适合烘箱和热处理设备轴承等应用。而混合陶瓷轴承则能在℃至℃的温度范围内长期运行,如热风装置轴承、外球面轴承座及外球面轴承等。

在低温环境下,陶瓷轴承的摩擦特性使其能在-80℃以下的温度下稳定工作,例如液氧泵轴承的应用。

陶瓷/金属陶瓷轴承在腐蚀环境中的应用

陶瓷材料因其出色的耐腐蚀性,使得陶瓷轴承能够在多种腐蚀环境下持久工作。例如,它们常被用于化工设备的轴承,食品加工机械的轴承,以及自行车等室外运动装备中,确保在这些环境下能够稳定运行。

自行车上使用的高性能陶瓷轴承

陶瓷材料在自行车领域的应用也日益广泛。高性能陶瓷轴承,以其卓越的耐腐蚀性和绝缘性,被广泛应用于自行车的制造中。它们不仅提高了自行车的性能,还确保了骑行的安全性。此外,陶瓷轴承的非磁性特性也使其在电动机和发电机等存在电蚀的场合中表现出色,进一步拓宽了其应用范围。

绝缘、磁性环境中的应用

陶瓷轴承的绝缘性和非磁性特点,使其在电力机车、风电设备以及核磁共振医疗设备等存在电蚀或磁性需求的场合中大放异彩。日本KOYO公司针对这些场合,开发了内径2mm至75mm的混合陶瓷轴承,型号为3NCZZC3至3NCZZC3,有效防止了电蚀现象的发生。

航空航天领域的应用

随着航空航天技术的飞速发展,航空航天器的工作条件愈发严苛。金属材料在某些场合已无法满足需求,而陶瓷轴承则凭借其出色的性能在这些领域崭露头角。如飞机燃气轮机主轴轴承、宇航装备轴承等,都广泛采用了陶瓷材料。特别是在航空发动机的燃料泵中,陶瓷轴承能够在液氧、液氢等极端介质中长时间工作,展现出卓越的耐久性。综上所述,陶瓷轴承的应用领域广泛,展现出广阔的发展空间和前景。其卓越的耐腐蚀性、绝缘性以及非磁性特点,使得陶瓷轴承在电力机车、风电设备、核磁共振医疗设备等多个领域中发挥着重要作用。随着航空航天技术的不断进步,陶瓷轴承在这些领域的应更是得到了广泛应用。为进一步推动陶瓷轴承行业的发展,我们鼓励相关企业加入我们的

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