轴承滚动体陶瓷材料
轴承滚动体材料包括氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷。
①氮化硅陶瓷（si3n4）：制造高速或高温、耐腐蚀精密陶瓷轴承球或滚子。
②氧化锆陶瓷（zro2）：制造高温、耐腐蚀中低速陶瓷轴承球或滚动子。
③氮化硼陶瓷（bn）：制造高温、耐腐蚀、自润滑全陶瓷轴承。
表一 工程陶瓷材料性能及轴承钢（gcr15）性能的比较
----------------------------------------------------------------
项目/ 氮化硅 氧化锆 氮化硼 轴承钢
材料 si3n4 zro2 bn gcr15
----------------------------------------------------------------
密度（g/cm3） 3.2 5.8~6.05 1.8~2.19 7.85
硬度（hv） 1700（9） 1300（7） 莫氏2 700
抗弯强度（mpa） 700 1200 600~800 2400
断裂韧性（mpa·m1/2） 6~8 7~14 25
弹性模量（gpa） 320 150~220 80 208
热膨胀系数（10-6/k） 3.2 8.7~11.4 2~7.5 11.8
电阻率（ω·mm2/m） 1017~1018 1010 1016 10-1~1
使用温度（℃） 800 800 900 300
尺寸稳定性 好 好 好 差
耐腐蚀性能 好 好 好 差
2、氮化硅陶瓷材料
其特点是：
①多晶材料，晶体结构属六方晶系。
②氮化硅陶瓷外观呈灰白、蓝灰、灰黑色。
③理论密度：3.19±0.1g/cm3，密度低。
④高硬度，良好的耐磨性，低磨擦系数（自配磨0.02~0.07），自润滑性好。
⑤耐高温，抗热震性较好。
⑥具有较高的断裂韧性，抗冲击性能较好。
⑦耐腐蚀性好，能耐所有酸（除氢氟酸以外）腐蚀，能抗弱碱腐蚀，对大多数强碱和熔盐不稳定。
⑧与轴承钢相近的接触疲劳寿命，相似的疲劳剥落形式。
⑨氮化硅粉末性能：
粒度0.5~0.8μm，低的杂质含量和氧含量＜2wt%，α相含量＞90wt%。
⑩氮化硅粉末制造方法：
a、硅粉直接氮化法3si+2n2→si3n4
国内普遍采用的方法，需经球磨得到细粉，易引入杂质。
b、硅亚胺分解法sicl4+6nh3→si（nh）2+4nh4cl
3si（nh）2→si3n4+n2+3h2
粉末纯度高，细度细且均匀，制造成本高。
c、碳热还原氮化法3sio2+2n2+6c→si3n4+6co
d、化学气相沉积法3sicl4+4nh3→si3n4+12hcl
需激化诱导，粉末纯度高，细度细且均匀，制造成本*。
（11）致密氮化硅陶瓷制造方法：
a、热压氮化硅（hp sn）
方法：氮化硅混合粉末在石墨模具中，同时加热和但轴向加压，烧结温度1650~1850℃，压力15~30mpa，保温时间1~4h。特点：致密，基本达到理论密度（99~100%），制品形状简单，难于批量化生产，可制造滚子毛坯，成品价格昂贵。
b、常压烧结氮化硅（s sn）
方法：氮化硅混合粉末经模压或冷等静压成形，用烧结炉在n2气氛中烧结，温度1700~1800℃，时间几小时，压力0.1mpa（1atm）。
特点：成本低，易于批量生产，相对密度95~99%，孔隙较多，不适宜制造轴承球。
c、气氛压力烧结氮化硅（gsp sn）
方法：氮化硅混合粉末经冷等静压成形，用气氛压力烧结炉在高压n2气氛中烧结，烧结温度1800℃，时间数小时，压力5~10mpa。 点：性能好，致密（相对密度97~99%），易于批量生产，国内普遍采用，可制造轴承球，成本较高。
d、热等静压烧结氮化硅（hip sn）
方法：氮化硅混合粉经模压或冷等静压成形，s或gps烧结后，用热等静压炉，ar2或n2气做压力传递介质，在高温（1700~1999℃）高压（150~200mpa）下使氮化硅致密，使原已烧结过的rbsn、ssn、srbsn进一步排除气孔。添加剂含量低。
特点：性能优异，基本*致密（99~100%），可批量生产，可制造高性能陶瓷轴承球，国外普遍采用，成本高。
（12）小结
陶瓷轴承滚动子：hp sn hip sn
陶瓷轴承球：gps sn hip sn
一般用途的陶瓷球：s sn srb sn
3、氧化锆陶瓷材料
其特点是：
①晶体结构：部分稳定氧化锆（psz），立方相（cub）结构+单斜相（mono）结构。
②较高的韧性（所有陶瓷材料中zui高的），抗弯强度可达1300mpa，但断裂韧性对温度敏感，高温应用时应注意。
③常用的氧化锆陶瓷为mg-psz。
④高硬度，耐磨损，不易划伤对偶件。
⑤耐腐蚀，对多数酸碱稳定。
⑥接触疲劳寿命与轴承相差较大，不适宜制造高速重载陶瓷轴承。
⑦可制造轻载中低速腐蚀场合的陶瓷轴承。
⑧氧化锆粉末制造方法：
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材料 si3n4 zro2 bn gcr15
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密度（g/cm3） 3.2 5.8~6.05 1.8~2.19 7.85
硬度（hv） 1700（9） 1300（7） 莫氏2 700
抗弯强度（mpa） 700 1200 600~800 2400
断裂韧性（mpa·m1/2） 6~8 7~14 25
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耐腐蚀性能 好 好 好 差
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②氮化硅陶瓷外观呈灰白、蓝灰、灰黑色。
③理论密度：3.19±0.1g/cm3，密度低。
④高硬度，良好的耐磨性，低磨擦系数（自配磨0.02~0.07），自润滑性好。
⑤耐高温，抗热震性较好。
⑥具有较高的断裂韧性，抗冲击性能较好。
⑦耐腐蚀性好，能耐所有酸（除氢氟酸以外）腐蚀，能抗弱碱腐蚀，对大多数强碱和熔盐不稳定。
⑧与轴承钢相近的接触疲劳寿命，相似的疲劳剥落形式。
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粒度0.5~0.8μm，低的杂质含量和氧含量＜2wt%，α相含量＞90wt%。
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国内普遍采用的方法，需经球磨得到细粉，易引入杂质。
b、硅亚胺分解法sicl4+6nh3→si（nh）2+4nh4cl
3si（nh）2→si3n4+n2+3h2
粉末纯度高，细度细且均匀，制造成本高。
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