在工程陶瓷產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用中，陶瓷球軸承是工程陶瓷在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的典型范例，受到很多國家的高度重視．在高速精密軸承中，應(yīng)用最多的是混合陶瓷球軸承，即滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承圈仍為鋼圈。這種軸承標準化程度高，對機床結(jié)構(gòu)改動小，便于維護保養(yǎng)，特別適合于高速運行場合．其組裝的高速電主軸，具有高速、高剛度、大功率、長壽命等優(yōu)點。1.軸承配置：內(nèi)外圈軸承鋼/不銹鋼+陶瓷球+PA66/不銹鋼保持器 +2RS/ZZ2.高溫油脂
耐溫高
陶瓷球熱膨脹系數(shù)小,在高溫環(huán)境下不會因為溫度的原因?qū)е螺S承球膨脹,這樣大大提高了整個軸承的使用溫度,普通軸承的溫度在160度左右,陶瓷球的可以達到220度以上。
陶瓷球具有無油自潤滑屬性,陶瓷球摩擦系數(shù)小,所以陶瓷球軸承具有很高的轉(zhuǎn)速.據(jù)統(tǒng)計采用陶瓷球的軸承是一般軸承的轉(zhuǎn)速1.5倍以上的轉(zhuǎn)速。
壽命長
陶瓷球可以不加任何油脂,也就是說即使油脂干掉,軸承還是可以運作的,這樣就避免了普通軸承中因為油脂干掉導(dǎo)致的軸承過早損壞現(xiàn)象的發(fā)生.據(jù)我們測試以及一些客戶的反饋使用陶瓷球后的軸承的使用壽命是普通軸承的2-3倍。
絕緣
最后一點也是最重要的一點,絕緣,采用陶瓷球的軸承,可以使軸承的內(nèi)外圈之間絕緣,因為陶瓷球是絕緣體,在軸承的內(nèi)外圈之間用陶瓷球,就可以達到絕緣的效果.這樣就使軸承能夠在導(dǎo)電的環(huán)境下使用了.滾動軸承由套圈、滾動體、保持器、潤滑脂、密封件組成，當(dāng)滾動體采用陶瓷材料后，此滾動軸承就定義為陶瓷球軸承。
組成
因為陶瓷球本身具有自潤滑性能，所以潤滑可以按使用要求，可以有潤滑脂也可以不加潤滑脂。密封件也是可以按使用要求，決定陶瓷球軸承是否帶密封件。保持器也是可以按使用要求是否采用。那么套圈、滾動體是軸承兩個不可缺少的要素，當(dāng)這兩個要素不是同一種材料時，就有了混合軸承(Hybrid construction bearing)的說法。當(dāng)滾動體采用陶瓷材料時就定義為混合陶瓷球軸承(Hybrid construction ceramic ball bearing)。常用的陶瓷球材料有氧化鋯（ZRO2）和氮化硅（SI3N4）；常用的套圈材料有軸承鋼（GCR15）和不銹鐵（440、440C）及不銹鋼（304、316、316L）。
按照使用環(huán)境、轉(zhuǎn)速、負荷、溫度，及使用時的要求，陶瓷球軸承的套圈和滾動體可以由以上材料互相組合，并起到不同的使用效果。
陶瓷球軸承的代號：
HY +套圈材料+軸承型號+密封型式——球的材料 ——保持器材料 ——潤滑脂
套圈材料：S表示不銹鐵 SS表示不銹鋼 具體用什么材料可以用掛號標注說明
尺寸穩(wěn)定性，以保證軸承在溫度變化的工作環(huán)境下，保持精密的尺寸和精確的配合，在特殊環(huán)境下還必須具備抗腐蝕、抗分解能力．總之，用以制造滾動軸承零件的陶瓷材料應(yīng)具備以下性能特點： 1)低密度．由于滾動體密度減小，高速工作時其離心載荷也減小，從而可在更高轉(zhuǎn)速下工作． 2)中等彈性模量．彈性模量太大會因應(yīng)力集中而降低軸襯的承載能力． 3)熱膨脹系數(shù)?。疁p小對溫度變化的敏感性，使軸承工作溫度范圍更寬． 4)高抗壓強度．抗壓強度高是滾動軸承承受高應(yīng)力的需要． 5)高硬度和高韌性．這兩個特性相結(jié)合可獲得較好的表面粗糙度；而且能防止外界粒子和沖擊的損傷． 6)良好的抗?jié)L動接觸疲勞性和具有剝落失效模式． 7)特殊場合應(yīng)具有耐高溫、耐腐蝕和穩(wěn)定性．
套圈和滾動體接觸點受到外加負荷和旋轉(zhuǎn)的作用，因而反復(fù)產(chǎn)生接觸壓力和變形。由于鋼制軸承自身材料性能特點，軸承失效的主要形式是疲勞剝落，疲勞壽命短，應(yīng)用范圍受到很大限制。而陶瓷材料具有低密度，中等彈性模量，熱膨脹系數(shù)小，硬度高，耐高溫，耐腐蝕，無磁等優(yōu)點，以氮化硅陶瓷球為滾動體的陶瓷球軸承可顯著提高軸承接觸疲勞壽命，極大拓展了滾動軸承的應(yīng)用領(lǐng)域，已廣泛應(yīng)用于各種高精度、高轉(zhuǎn)速機床，汽車、賽車、地鐵、電機、航空發(fā)動機、石油化工機械、冶金機械等領(lǐng)域。
氮化硅陶
陶瓷軸承的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，但在工業(yè)領(lǐng)域中成功應(yīng)用的還是陶瓷球軸承．應(yīng)用較多的為氮化硅陶瓷球軸承．它的優(yōu)點是：極限轉(zhuǎn)速高、精度保持性好、啟動力矩小、剛度高、干運轉(zhuǎn)性好、壽命長，非常適合于在高速、高溫以及腐蝕、輻射條件下保持高精度、長時間運轉(zhuǎn)，主要用于數(shù)控機床和高速精密機械中，如高速電主軸軸承、機床主軸軸承、牙鉆軸承、儀器儀表用軸承，計算機硬盤驅(qū)動器軸承等．此外，氮化硅陶瓷的硬度比軸承鋼高1倍，彈性模量約高1/3，在相同載荷的條件下，氮化硅陶瓷的彈性變形小，所以，使用陶瓷球軸承的機床主軸具有良好的運轉(zhuǎn)精度．
混合型陶瓷軸承已成功地應(yīng)用于高速機床的主軸中，并已進入實用化階段，如日本牧野等公司生產(chǎn)的HPM型超精密車床等，主軸轉(zhuǎn)速為16 000 r/min，而美國MIKRO公司生產(chǎn)的HSM700高速加工中心，主軸轉(zhuǎn)速已達到42 000 r/min，切削速度提高了5～10 倍．此外，混合型陶瓷軸承還用應(yīng)在電主軸、渦流分子泵等高轉(zhuǎn)速的設(shè)備中．
陶瓷軸承作為一種重要的機械基礎(chǔ)件，由于其具有金屬軸承所無法比擬的優(yōu)良性能，抗高溫、超強度等在新材料世界獨領(lǐng)風(fēng)騷。近十多年來，在國計民生的各個領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用。航空航天、航海、核工業(yè)、石油、化工、輕紡工業(yè)、機械、冶金、電力、食品、機車、地鐵、高速機床及科研國防軍事技術(shù)等領(lǐng)域需要在高溫、高速、深冷、易燃、易爆、強腐蝕、真空、電絕緣、無磁、干摩擦等特殊工況下工作，產(chǎn)品市場價格也逐漸接近實用化，達到用戶可接受的程度，陶瓷軸承大面積應(yīng)用的浪潮已經(jīng)涌來。
20世紀60年代以來，隨著陶瓷材料的開發(fā)與應(yīng)用，陶瓷軸承也得以發(fā)展．美國諾頓公司已將氮化硅陶瓷軸承應(yīng)用在航天飛機的液壓泵上，軸承的運轉(zhuǎn)速度提高了50%～100%，美國一家公司向美國宇航工業(yè)供應(yīng)的陶瓷軸承已在800*(2的高溫下使用；日本主要飛機發(fā)動機制造商石川島播還將鋼一陶瓷混合軸承及全陶瓷軸承在發(fā)動機上進行了試驗．
1. 低密度:由于陶瓷滾動體材料密度低，離心載荷小，從而可在更高轉(zhuǎn)速下工作，而且產(chǎn)生熱量較少。
2. 中等彈性模量:陶瓷滾動體的彈性模量比鋼制滾動體高，則軸承的動態(tài)剛度提高，但是彈性模量太大會因應(yīng)力集中而降低軸承的承載能力。
3. 熱膨脹系數(shù)小: 熱膨脹系數(shù)小有助于減小對溫度變化的敏感性，從而防止卡死。對混合滾子軸承，可適用的運轉(zhuǎn)速度范圍更寬。
4. 抗壓強度高: 抗壓強度高是滾動軸承承受高接觸應(yīng)力的需要（對于陶瓷材料，其強度通常是通過三點或四點彎曲試驗測得的斷裂模量決定）。
5. 高硬度和高韌性: 這兩個特性相結(jié)合可獲得較好的表面粗糙度，而且能防止外界硬質(zhì)粒子和沖擊的損傷。
6. 良好的抗?jié)L動接觸疲勞特性: 此性能對軸承滾動體的要求至關(guān)重要。
7. 剝落失效形式: 如果滾動體在工作中失效，則應(yīng)是疲勞剝落，該實效形式在卡死前有預(yù)兆，是一種造成危害最小的實效形式。 在一些應(yīng)用條件較高的應(yīng)用領(lǐng)域陶瓷材料還具備一些特殊性能。
8. 耐高溫和穩(wěn)定性: 在高達800℃高溫環(huán)境中能穩(wěn)定保持其機械性能。
9. 耐腐蝕: 在氧化和腐蝕環(huán)境，尤其是在反復(fù)滾動而擠掉表面油膜的接觸區(qū)應(yīng)具有抗氧化和腐蝕穩(wěn)定性。
密度（Kg/m3） 3250 7800 楊氏模量（GPa） 310 210 抗壓強度（MPa） >3500
斷裂模量（MPa） 700－1000 維氏硬度（GPa） 14－18 8 韌性（MPa· m1/2） 5－8 16－20
熱膨脹系數(shù)（×10-2/°K） 3 12 熱傳導(dǎo)率（W/mK） 20 30 比熱（J/KgK） 800 450
使用上限溫度（°K） 1050 400－600 抗熱沖擊 高 很高 滾動接觸疲勞失效形式 剝落 剝落
陶瓷球軸承的分類
按材料分：陶瓷軸承可以分為氧化鋯陶瓷軸承、氮化硅陶瓷軸承、復(fù)合陶瓷材料軸承。
按結(jié)構(gòu)分：陶瓷軸承可以分為：氧化鋯帶保持器陶瓷軸承、氮化硅帶保持器陶瓷軸承、復(fù)合帶保持器陶瓷軸承。一般陶瓷軸承的保持器材料以聚四氟乙烯（PTFE）作為標準配置，還可以采用玻璃纖維增強的尼龍66（GRPA66-25），特種工程塑料（PEEK，PI），不銹鋼（SUS316、SUS304），黃銅（Cu）等。陶瓷材料保持架因兜孔加工、成型技術(shù)等難題，現(xiàn)還較少采用；由于保持器的材料限制針對特種使用場合又開發(fā)了無保持器的氧化鋯滿球全陶瓷軸承和氮化硅滿球全陶瓷軸承和復(fù)合滿球陶瓷軸承。
按材料的完整性分：上面所說到的陶瓷軸承的主要部件內(nèi)外圈和滾動體多是采用陶瓷材料，就定義為陶瓷軸承；如果軸承的內(nèi)外圈和滾動體有一部分不是采用陶瓷材料時我們就定義為混合陶瓷軸承?；旌咸沾奢S承中運用比較廣泛的就是球采用陶瓷材料稱為陶瓷球軸承，可分為氧化鋯陶瓷球軸承、氮化硅陶瓷球軸承。
不同材料和不同結(jié)構(gòu)的陶瓷軸承和陶瓷球軸承在使用時需要注意的問題也各不相同，具體細節(jié)請查詢陶瓷軸承和陶瓷球軸承的專業(yè)生產(chǎn)廠家獲取更多的幫助。
陶瓷球軸承研究開發(fā)存在的問題
首先，我們見諸報道的都是高速、高精度的陶瓷球軸承的研發(fā)，且通常多以圍繞氮化硅球為主。
展望陶瓷球軸承的使用前景
陶瓷軸承和陶瓷球軸承所具有的諸多優(yōu)良性能如：自潤滑、耐高溫、耐腐蝕、防磁、電絕緣等，尚待在更寬的領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)利用，潛在的應(yīng)用領(lǐng)域十分巨大。第一高質(zhì)量的高速陶瓷球軸承：能很好的服務(wù)于國內(nèi)機床行業(yè)，高速、高精度主軸、電主軸的軸承用量相當(dāng)大，估計每年的需求量在幾拾萬套以上。但是高精度機床主軸軸承要求軸承的加工精度相對較高，質(zhì)量較苛刻，象P4級軸承要求G5級以上的高精度陶瓷球，國內(nèi)能夠生產(chǎn)的廠家寥寥無幾，產(chǎn)品的穩(wěn)定性也較差。第二：中等質(zhì)量的陶瓷軸承在石油勘探、原油冶煉、尤其是精細化工、化纖、新能源、印染、電鍍業(yè)、污水處理、海洋開發(fā)、深水泵、酸堿泵、高溫、真空、核磁共振、電絕緣、醫(yī)藥衛(wèi)生、X射線管及食品工業(yè)等諸多領(lǐng)域中能得到廣泛和良好的使用。很多只要求一般精度等級；中、低轉(zhuǎn)速和負荷；要求軸承能夠耐一定濃度的酸、堿、鹽腐蝕；耐300￣400℃高溫；不導(dǎo)磁、電、無毒性；可在無油或利用工作介質(zhì)自身潤滑等；在海水中也可以使用。在這些領(lǐng)域應(yīng)用的軸承占特種軸承的比例非常大，而且陶瓷軸承和陶瓷球軸承完全有能力去替代、并能達到金屬軸承勉強勝任和無法勝任的工作，工程陶瓷具有它不可替換的地位。具有這樣一個龐大的市場為前提，我們在產(chǎn)品的開發(fā)和制造上完全可以創(chuàng)出一條新路，去拓寬陶瓷軸承的更大應(yīng)用領(lǐng)域。使新材料、新工藝、新技術(shù)更好的服務(wù).
首先，我們見諸報道的都是高速、高精度的陶瓷球軸承的研發(fā)，且通常多以圍繞氮化硅球為主，主要解決的問題，一個是陶瓷球的制坯研究，另一個是高精度陶瓷球的加再者，作為高技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)，要經(jīng)過技術(shù)密集型投入和資金密集型投入兩個階段，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)陶瓷軸承，既要攻克許多技術(shù)難點，和使用難題又需要較大的資金投入，還要把握市場定位，需要業(yè)內(nèi)有識之士以發(fā)展國內(nèi)陶瓷軸承和陶瓷球軸承的高水準為己任。低價的競爭勢必帶來粗制濫造和市場的進一步惡化。原始資本的積累和持續(xù)的再投入必須服務(wù)于陶瓷軸承和陶瓷球軸承往更高質(zhì)量的領(lǐng)域發(fā)展。我國陶瓷軸承現(xiàn)階段的發(fā)展表現(xiàn)為散亂、各自為政、小規(guī)模局部化生產(chǎn)缺乏整體意識和宏觀戰(zhàn)略思想。
