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国内高精度陶瓷球技术相对落后 无法满足陶瓷轴承市场需求

轴承应用环境多变 陶瓷轴承性能较优
近年来,随着机械设备的高速发展,轴承使用的环境更加多变,对轴承的性能、结构等要求越来越高。在这个背景下,陶瓷球轴承应运而生。陶瓷材料具有耐高温、长寿命、低发热、低热膨胀、高刚性、无磁性、绝缘性好等优异的性能,能够承受金属材料和高分子材料难以胜任的严苛的工作环境,满足轴承材料工作时的基本要求。
轴承应用领域很广泛,例如汽车的变速器、通用电机、内燃机、高速马达、机床主轴、飞机喷气式发动机、中大型电动机等等。轴承在工作时,可能要承受高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀等极端环境,因此对轴承的制造材料提出了几点要求:1.耐热性,轴承钢不适合在高温环境下工作,当使用温度超过120℃时,轴承钢的硬度就会降低,同时寿命也跟着下降,但是,氮化硅陶瓷在高温环境下强度和硬度不会发生变化;2.密度低,轴承钢的密度是氮化硅陶瓷的两倍多,因此,氮化硅陶瓷在高速旋转时因离心力作用引起的滚动体载荷小;3.线膨胀系数低,轴承钢的线膨胀系数是氮化硅陶瓷的四倍,这个性能使氮化硅陶瓷在温差大的环境中尺寸变化小,比轴承钢更适用于温度变化大的环境;4.弹性系数高,氮化硅弹性系数是轴承钢的1.5倍,所以相对载荷的弹性形变小,相对载荷的刚性就高;5.耐腐蚀,轴承在海洋环境中的使用,往往具有腐蚀性,轴承的使用寿命变短,氮化硅陶瓷对大多数强酸和强碱都具有很高的化学稳定性;6. 无磁性、绝缘性好,轴承在铁路车辆牵引电机的使用中,往往会产生电蚀,这成为轴承提早剥落损坏的原因,氮化硅陶瓷电阻率极高,绝缘性能好。通过表1能够看出氮化硅轴承满足轴承的制造材料的基本要求,并且部分性能优于轴承钢。
轴承市场巨大 陶瓷轴承市场需求量大
2017年,我国轴承行业营业收入为1788亿元,同比增长10.2%,整体呈现中高速增长。而数控机床用轴承和化工机械用轴承在轴承领域中占比较大,下面主要介绍一下轴承在这两个领域的市场情况及陶瓷轴承的需求量。
数控机床用轴承
数控机床包括数控车床、加工中心、数控磨床、电加工机床、数控锻压机床等,轴承一般用在高精度、高速度的主轴上。根据最新数据统计,我国数控机床总产值为1574亿元,产量为94.9万台,按照每台数控机床主轴平均安装4套精密轴承及陶瓷轴承计算,那么精密轴承及陶瓷轴承每年的需求量为379.6万套,其中,氮化硅陶瓷轴承需求量若是占到其中的1%,每年的需求量将达到约3.8万套。
化工机械用配套轴承
化工机械用轴承主要为各种工业泵,例如注水泵、增压泵、液压泵等等,需求量大。根据最新数据统计,我国各种泵的产量达到18万台,按照每台泵配备2套精密轴承和陶瓷轴承计算,总共需求轴承的量为36万套,其中,陶瓷轴承的需求量为9万套。
国内高精度陶瓷球技术相对落后
第一套陶瓷轴承是由美国的NASA生产,在第一套陶瓷轴承被成功的应用后,各国开始竞相研发。经过几十年的发展,到目前为止,陶瓷轴承生产较成熟的国家有美国、日本、德国、瑞典等十几个国家。国际上领先的生产企业为美国的Norton、瑞典的SKF、德国的FAG、日本的Koyo等。而我国对陶瓷轴承的开发时间并没有国外时间长,并且陶瓷工艺较复杂,我国对高精度的陶瓷轴承还处于相对落后的水平,生产厂家并不多,主要有洛阳精密轴承、北京中实三强工程陶瓷有限公司等。
陶瓷轴承中,最高的精度为G3级,次高等级为G5级,我国目前能够生产G5级以下的陶瓷轴承,而国外厂家能够批量生产G5级,并且部分厂家也实现了批量生产G3级。我国高精度陶瓷轴承和国外存在一定的差距。
据中材高新材料股份有限公司副总裁介绍,国内陶瓷轴承存在的问题是在高速环境下工作时(转速在4*104r/min以上),有60%-70%的陶瓷轴承因为不同程度的疲劳而损坏,而国外生产的陶瓷轴承能长时间在高速环境下使用,并且性能保持不变。在陶瓷轴承产品上,国内海宁康耐特轴承公司生产的低噪声、干摩擦、防静电陶瓷轴承和日本NMB公司生产的相同规格的陶瓷轴承相比较,同工况下噪音量高出2db。
结语
陶瓷轴承相对轴承钢,性能更加突出,应用的范围更加广泛。国内轴承市场巨大,并且呈增长的状态。但是,我国陶瓷轴承发展时间较短,相对发达国家而言,技术相对落后,对高精度陶瓷轴承的量产尚未实现。近年来,随着国家对新材料产业的扶持,以及国外轴承企业不断涌入国内,我国陶瓷轴承产业定能扶摇直上。

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