氮化硅陶瓷轴承球,是以氮化硅(Si3N4)陶瓷为主要原料制成的轴承滚动体,由高纯度氮化硅粉体在非氧化气氛下高温烧结而成,属于新型先进结构陶瓷。
在理化性能方面,氮化硅陶瓷轴承球具备多项突出特性:密度约3.20 g/cm3,质量较轻,同等体积下重量约为轴承钢的40%;弹性模量可达320 GPa,抗弯强度1600 MPa,抗压强度3600 MPa;在800~900℃温度区间内力学性能基本保持稳定。该材料同时具备耐酸碱腐蚀、电绝缘、不导磁以及高温自润滑等优良性能。
在新能源汽车领域,氮化硅陶瓷轴承球具备优异的电绝缘性能,能够有效抑制电机轴承电腐蚀问题,在纯电动汽车驱动电机中得到广泛应用。在风电领域,氮化硅陶瓷轴承球依靠耐磨、耐腐蚀的特性,适配风电偏航、变桨及发电机高速轴承等严苛工况。在精密机床领域,该材料是高速数控机床实现高转速、高精度加工的核心轴承组件。在航空航天领域,该材料在发动机附件传动系统与导航设备中具备重要应用。此外,氮化硅陶瓷球轴承还广泛应用于高铁轴承、医疗器械、半导体制造设备等领域。
氮化硅陶瓷轴承球的制备流程主要包括粉料制备、成型、烧结和精密加工等环节。常用烧结工艺包含热压烧结法(HPS)、气压烧结法(GPS)、常压烧结法(PLS)以及反应烧结法(RS)。其中气压烧结(GPS)、热等静压烧结(HIP)是氮化硅陶瓷轴承球量产最核心工艺。
在氮化硅陶瓷轴承球产业化方面,中材高新于2015年实现热等静压(HIP)氮化硅陶瓷轴承球批量生产,成为全球第三家掌握该批量化制造技术的企业。目前全球熟练掌握热等静压氮化硅陶瓷轴承球批量化制造技术的企业主要是美国CoorsTek、日本东芝(现Niterra Materials)和中国中材高新。此外,国瓷材料等已经实现了GPS-HIP复合工艺产出氮化硅陶瓷轴承球。
新思界
行业分析人士表示,近年来,我国氮化硅陶瓷轴承球制备技术还在不断突破。2025年1月,中国建筑材料联合会组织了对中材高新氮化物陶瓷有限公司“高精密氮化硅陶瓷轴承球组成设计、烧结、加工与产业化成套关键技术”的科技成果评价。该项目开发出无包套热等静压烧结技术,实现相对密度达99.6%的高致密化制备;开发出专用高精密加工装置,批直径变动量小于0.08μm;首创了基于机器学习的自动化光学无损检测系统。
关键字: