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氮化硅陶瓷轴承有哪些优点?

时间:2022-08-09 来源:河北道名陶塑科技有限公司编辑部

轴承的使用非常普遍,轴承可能在许多您不知道的地方发挥作用。然而,随着工业技术的飞速发展,下游对轴承的性能要求越来越高。钢制轴承已不能满足某些场合的需要,所以才会有陶瓷轴承的出现。哪些轴承更适合在液体中使用?直到20世纪80年代,水下轴承的使用仍然令人头痛。“是否有可以在水下使用的轴承?”这是当时轴承制造商很常遇到的问题之一。
        当时,陶瓷轴承尚未出现,但许多领域的工作需要在液体中进行,包括海上设备建造、药物研究和食品生产。为了完成这项工作,制造商当时只能选择带不锈钢轴承的设备。虽然不锈钢具有优异的耐腐蚀性,但它始终是一种软金属,仍然需要频繁的维护和更换,使用成本高。因此,为了提高轴承的使用寿命,自那时以来,许多制造商一直致力于耐腐蚀轴承的研究。
在普通材料中,由于环境兼容性差,无法使用传统的钢支座;由于疲劳强度和抗蠕变性较差,不考虑塑料轴承;陶瓷材料是一种惰性材料,具有优异的机械性能,几乎不怕腐蚀。它们能很好地适应液体环境,是很可靠的选择。
        氮化硅陶瓷的优点应该注意的是,液体环境中的水通常比普通水多。例如,在航空航天领域的污水回收处理系统中,需要添加一定量的H2SO4和强氧化剂,以抑制溶液中微生物的生长。因此,对轴承的耐蚀性提出了更高的要求。
        Si3N4对大多数酸(如盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)和磷酸(H3PO4))以及碱(如苛性钠溶液(NaOH))具有良好的化学稳定性。只有氢氟酸(HF)、盐酸和硝酸(hcl/hno3)的混合物才能腐蚀Si3N4。因此,由Si3N4制成的陶瓷轴承可以在腐蚀性酸、碱、盐等溶液中长期工作。在化工或核电行业,陶瓷轴承可以替代化学稳定性差的钢轴承,其平均寿命是不锈钢轴承的4~25倍。
        然而,单纯的耐腐蚀性是不够的。轴承的使用寿命和性能也非常重要。在这些方面被称为“陶瓷王”的Si3N4材料也有着突出的优势,或者说根本不是问题——它不仅耐腐蚀,而且具有低密度、高硬度、耐高温、电绝缘、无磁导电、抗压强度高、自润滑性能好等特点,因此,作为轴承材料,它具有以下优点:
        高速运行性能
        对于一般轴承,当速度系数DN值为2.5×106以上时,滚动体的离心力会随着转速的增加而急剧增加,轴承滚动接触面滑动摩擦力会增加,轴承的使用寿命会缩短。然而,由于氮化硅陶瓷轴承的密度较低,陶瓷滚动体在高速旋转时产生的离心力远低于钢滚动体,从而相应降低了外圈滚道上的压力和交变载荷。与钢支座相比,转速可提高30%~60%,温升可降低30%~50%。此外,不易“抱轴”,使用寿命是钢制轴承的3~6倍;同时,滚动体的离心力大大减小,滚动体离心力引起的高速滑动现象也大大减少,从而使滚动体和保持架总成的惯性力大大减小。
        高温性能
        温度变化对轴承的滚动疲劳寿命有很大影响。通常用作耐热材料的M50钢轴承在250℃下的额定寿命约为常温下的1/10。对于陶瓷轴承,陶瓷材料在高温条件下具有优异的高温性能和良好的滚动疲劳强度。试验结果表明,Si3N4在1000℃时仍保持较高的弯曲强度,因此陶瓷轴承具有较好的接触应力和较长的疲劳寿命。