鋼球軸承一直是現(xiàn)代軸承生產(chǎn)應(yīng)用的主流，但是在一些高速機(jī)床內(nèi)，鋼球的硬度、導(dǎo)熱性和耐磨性難以維持其加工，需要不斷的更換軸承，浪費(fèi)時(shí)間材料。因此很多國(guó)家把目光投向工程陶瓷這類材料，利用陶瓷制造滾動(dòng)體可以滿足很多當(dāng)前鋼球難以滿足的情況。
陶瓷材料因其密度小、硬度高、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良的性能成為了制造高精度軸承滾動(dòng)體和滾道的理想材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、精密機(jī)械、石油化工、國(guó)防科技等各領(lǐng)域。
工程陶瓷根據(jù)元素組成的不同分為氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等。從目前陶瓷球軸承的研究和實(shí)際應(yīng)用情況來看，氮化硅是最適合用來制造滾動(dòng)軸承的陶瓷材料，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在低密度、中等彈性模量、低熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良內(nèi)在化學(xué)特性，其毛坯球力學(xué)性能如下表所示。
氮化硅陶瓷球的特性
現(xiàn)在，氮化硅陶瓷軸承以其獨(dú)特的機(jī)械性能和優(yōu)勢(shì)應(yīng)用各行各業(yè)，帶來良好的應(yīng)用價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，氮化硅陶瓷有以下的優(yōu)點(diǎn)特性。
1.高溫應(yīng)用
氮化硅材料屬于耐高溫材料，適應(yīng)用于高溫環(huán)境，不會(huì)產(chǎn)生過大的變形。在高溫環(huán)境下，普通的鋼球軸承會(huì)在極限400℃的情況下失去其硬度和強(qiáng)度，鋼球滾動(dòng)體會(huì)產(chǎn)生形變影響軸承作用。
氮化硅陶瓷球在這溫度上下仍保持原有強(qiáng)度和硬度。只有超過溫度800℃或者更高的溫度，其硬度和強(qiáng)度才會(huì)逐漸減弱。
2.較小的離心力
氮化硅陶瓷的密度大概是2300kg/m3，軸承鋼密度是7810kg/m3，同樣體積的球體，前者質(zhì)量是鋼球質(zhì)量的30%左右。
利用氮化硅制作的滾動(dòng)體，在軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，產(chǎn)生的離心力對(duì)軸承的影響相對(duì)于鋼球小很多，能夠降低軸承被破壞的程度，增加使用時(shí)間。
3.化學(xué)穩(wěn)定性
鋼的主要含量是鐵，在易氧化和腐蝕環(huán)境中，鋼和酸在一起會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此鋼球軸承不適合用在化工業(yè)生產(chǎn)上。
而全陶瓷軸承對(duì)大部分強(qiáng)酸和強(qiáng)堿都具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，比鋼球軸承適合應(yīng)用在化工業(yè)，化工業(yè)選用是全陶瓷軸承。
4.非磁性
一般在磁性環(huán)境下，選用的是全陶瓷軸承，避免鋼材料會(huì)發(fā)生磁化及磨損后的微粉破壞軸承件。可提高軸承的使用時(shí)間及機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)下的穩(wěn)定性。
全陶瓷軸承所有材料均為非磁性材料，在需要完全非磁性的場(chǎng)合，以前尚未找到滿意的解決辦法，目前陶瓷的無磁性已開始用于超導(dǎo)相關(guān)的領(lǐng)域中。
陶瓷球的幾何精度評(píng)價(jià)
陶瓷球的研磨加工過程對(duì)陶瓷球的幾何精度有決定性影響，而陶瓷球的幾何精度對(duì)陶瓷球軸承的壽命和噪音有重大影響。
理解陶瓷球的研磨成球原理，就是理解其幾何精度的本質(zhì)。
（1）陶瓷球研磨成球原理
球面的研磨實(shí)際是一個(gè)不斷加工，使球面向理想球面不斷修正的過程。采用如下圖所示的研磨原理來加工陶瓷球體。
球體研磨成球原理概括為如下兩點(diǎn)：
（a）切削的等概率性：所有被加工球的切削概率相等。
（b）尺寸選擇性：加工過程中，優(yōu)先磨大球，優(yōu)先磨球體長(zhǎng)軸方向。
（2）陶瓷球的幾何精度評(píng)價(jià)
陶瓷球的幾何精度也稱為形狀精度，其參數(shù)具體包括球形誤差（球度）、波紋度、球直徑變動(dòng)量和球批直徑變動(dòng)量等。
陶瓷球的形狀精度對(duì)陶瓷球軸承的振動(dòng)和噪聲有很大影響。陶瓷球的形狀精度越差，則陶瓷球軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于存在陶瓷球形狀誤差，迫使軸承旋轉(zhuǎn)軸中心位置不斷改變而導(dǎo)致軸承振動(dòng)值就越大。
陶瓷球表面質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
陶瓷球的表面質(zhì)量影響著其動(dòng)態(tài)性能和使用壽命。陶瓷球的表面質(zhì)量與陶瓷球加工工藝息息相關(guān)。陶瓷球表面質(zhì)量的主要相關(guān)檢測(cè)參數(shù)有表面粗糙度、振動(dòng)值、表面缺陷。
陶瓷球表面質(zhì)量的檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，目前主要有顯微觀測(cè)法、表面粗糙度測(cè)量法、振動(dòng)值檢測(cè)法和圖像處理方法。
（1）顯微觀測(cè)法
采用顯微觀測(cè)法簡(jiǎn)便直觀，易于操作。顯微觀測(cè)法主要是利用金相顯微鏡對(duì)加工后的陶瓷球表面進(jìn)行拍攝，記錄其表面形貌，然后觀察比較。
顯微觀測(cè)法便于我們發(fā)現(xiàn)球面質(zhì)量變化情況，但只是大概趨勢(shì)，不能做出定量評(píng)價(jià)。
（2）表面粗糙度測(cè)量法
目前，表面粗糙度的測(cè)量方法主要有四種：
1）比較法，做定性分析，由于精度很低，無法定量測(cè)量；
2）干涉法，利用光波干涉原理測(cè)粗糙度，用于測(cè)量的儀器有干涉顯微鏡，測(cè)量精度高，測(cè)量方式為非接觸式；
3）觸針法，測(cè)量范圍廣，操作簡(jiǎn)便快捷可靠，屬于接觸式測(cè)量，容易造成被測(cè)表面劃傷，用于測(cè)量的儀器為觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x；
4）光切法，利用光切原理對(duì)粗糙度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方式為非接觸式。
（3）振動(dòng)值檢測(cè)法
振動(dòng)值是一個(gè)評(píng)價(jià)陶瓷球質(zhì)量的綜合指標(biāo)，反映的是陶瓷球材質(zhì)均勻性、全部幾何特征的綜合情況，一般在陶瓷球的超精研或拋光階段采用。
當(dāng)振動(dòng)值低于28dB時(shí)，一般認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到G5級(jí)陶瓷球標(biāo)準(zhǔn)，并且表面質(zhì)量越好，振動(dòng)值越小。
參考來源
陳微.高精度陶瓷球的性能評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用研究
謝志鵬等.國(guó)際先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r
田朋.精密陶瓷球加工工藝優(yōu)化研究
