軸承的使用非常普遍,軸承可能在許多您不知道的地方發揮作用。然而,隨著工業技術的飛速發展,下游對軸承的性能要求越來越高。鋼制軸承已不能滿足某些場合的需要,所以才會有陶瓷軸承的出現。哪些軸承更適合在液體中使用?直到20世紀80年代,水下軸承的使用仍然令人頭痛。“是否有可以在水下使用的軸承?”這是當時軸承制造商很常遇到的問題之一。
當時,陶瓷軸承尚未出現,但許多領域的工作需要在液體中進行,包括海上設備建造、藥物研究和食品生產。為了完成這項工作,制造商當時只能選擇帶不銹鋼軸承的設備。雖然不銹鋼具有優異的耐腐蝕性,但它始終是一種軟金屬,仍然需要頻繁的維護和更換,使用成本高。因此,為了提高軸承的使用壽命,自那時以來,許多制造商一直致力于耐腐蝕軸承的研究。
在普通材料中,由于環境兼容性差,無法使用傳統的鋼支座;由于疲勞強度和抗蠕變性較差,不考慮塑料軸承;陶瓷材料是一種惰性材料,具有優異的機械性能,幾乎不怕腐蝕。它們能很好地適應液體環境,是很可靠的選擇。
氮化硅陶瓷的優點應該注意的是,液體環境中的水通常比普通水多。例如,在航空航天領域的污水回收處理系統中,需要添加一定量的H2SO4和強氧化劑,以抑制溶液中微生物的生長。因此,對軸承的耐蝕性提出了更高的要求。
Si3N4對大多數酸(如鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)和磷酸(H3PO4))以及堿(如苛性鈉溶液(NaOH))具有良好的化學穩定性。只有氫氟酸(HF)、鹽酸和硝酸(hcl/hno3)的混合物才能腐蝕Si3N4。因此,由Si3N4制成的陶瓷軸承可以在腐蝕性酸、堿、鹽等溶液中長期工作。在化工或核電行業,陶瓷軸承可以替代化學穩定性差的鋼軸承,其平均壽命是不銹鋼軸承的4~25倍。
然而,單純的耐腐蝕性是不夠的。軸承的使用壽命和性能也非常重要。在這些方面被稱為“陶瓷王”的Si3N4材料也有著突出的優勢,或者說根本不是問題——它不僅耐腐蝕,而且具有低密度、高硬度、耐高溫、電絕緣、無磁導電、抗壓強度高、自潤滑性能好等特點,因此,作為軸承材料,它具有以下優點:
高速運行性能
對于一般軸承,當速度系數DN值為2.5×106以上時,滾動體的離心力會隨著轉速的增加而急劇增加,軸承滾動接觸面滑動摩擦力會增加,軸承的使用壽命會縮短。然而,由于氮化硅陶瓷軸承的密度較低,陶瓷滾動體在高速旋轉時產生的離心力遠低于鋼滾動體,從而相應降低了外圈滾道上的壓力和交變載荷。與鋼支座相比,轉速可提高30%~60%,溫升可降低30%~50%。此外,不易“抱軸”,使用壽命是鋼制軸承的3~6倍;同時,滾動體的離心力大大減小,滾動體離心力引起的高速滑動現象也大大減少,從而使滾動體和保持架總成的慣性力大大減小。
高溫性能
溫度變化對軸承的滾動疲勞壽命有很大影響。通常用作耐熱材料的M50鋼軸承在250℃下的額定壽命約為常溫下的1/10。對于陶瓷軸承,陶瓷材料在高溫條件下具有優異的高溫性能和良好的滾動疲勞強度。試驗結果表明,Si3N4在1000℃時仍保持較高的彎曲強度,因此陶瓷軸承具有較好的接觸應力和較長的疲勞壽命。