由于陶瓷軸承有著很好的耐磨性能、耐腐蝕性能和熱穩(wěn)定性，因此可以在許多技術(shù)要求很高的應(yīng)用中使用，包括某些標準應(yīng)用場合，盡管其價格不菲。未來隨著陶瓷軸承無潤滑摩擦接觸技術(shù)的優(yōu)化將進一步減少普通軸承的訂單。
一般來講，陶瓷材料的耐磨性、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、高剛性和高絕緣性能都非常好，而這些也恰恰是滑動軸承和滾動軸承應(yīng)該具備的優(yōu)點。與金屬材料軸承相比，雖然陶瓷軸承價格較高，但是如氮化硅、碳化硅和氧化鋁這樣的工程陶瓷在很久以前就已經(jīng)開始用于軸承生產(chǎn)了。在許多應(yīng)用場合，出于成本費用的考慮，工程陶瓷材料制作的軸承僅僅在必須發(fā)揮陶瓷材料優(yōu)點的場合得以使用，而沒有受到高價格的影響。
陶瓷材料的滾動軸承有全陶瓷材料滾動軸承和混合材料滾動軸承之分（圖1）。混合材料滾動軸承的內(nèi)外圈滾道是鋼材，滾動體是陶瓷材料。最初，人們很難相信如此脆弱的陶瓷材料能夠在很高的機械載荷部件中正常工作。究其原因：工作中，雖然滾動軸承需承受很高的接觸負載，但作用到陶瓷中的拉應(yīng)力卻很小，而陶瓷材料的抗壓能力是非常強悍的。
圖1 陶瓷軸承主要分為全陶瓷軸承和混合材料軸承，混合材料的陶瓷軸承中只有滾動體是用陶瓷制造的
另外，經(jīng)過改進的現(xiàn)代化陶瓷材料的機械強度更高，即便工作溫度高達800℃時也不會下降。而恰恰在高溫度的工作環(huán)境中，當有耐腐蝕性要求，或者潤滑性能消失接近失油干運行時，全陶瓷材料的滾動軸承就成為幾乎不可替代的產(chǎn)品；因為其他材料在這樣的工作環(huán)境中都不能滿足需求。
隨著技術(shù)的不斷進步，混合材料滾動軸承的應(yīng)用也越來越多，尤其是生產(chǎn)高剛性和長使用壽命的設(shè)備時，如生產(chǎn)特殊需求的絲杠時。混合材料滾動軸承的使用壽命是傳統(tǒng)鋼材滾動軸承的幾倍，即使陶瓷軸承的價格與其使用壽命成正比，也是非常值得的，因為延長了的維護保養(yǎng)周期，為企業(yè)贏得了更多寶貴的生產(chǎn)時間。
陶瓷材料的滑動軸承和滑動密封件主要應(yīng)用于液體介質(zhì)潤滑系統(tǒng)，即只能用特定流量的潤滑介質(zhì)進行潤滑的場合（圖2）。在化工行業(yè)中常常用到的泵就是一個典型實例。今天，化工行業(yè)用泵的軸承材料已經(jīng)標準化，為氧化鋁、氧化鋯或者碳化硅。對于這些材料來講水基潤滑劑就可以很好的起到潤滑作用。
圖2 陶瓷材料的滑動軸承和滑動密封件主要應(yīng)用于液體介質(zhì)潤滑系統(tǒng)：即只能用特定流量的潤滑介質(zhì)進行潤滑的場合
若結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，摩擦系數(shù)可以再降低0.1，甚至更低；所受到的腐蝕和磨損也很小。因此通常情況下陶瓷軸承的使用壽命更長。
由于陶瓷本身具有多方面應(yīng)用的特殊優(yōu)點，所以其成為眾多應(yīng)用領(lǐng)域的標準材料。對于陶瓷材料的進一步研究和開發(fā)也變得極為重要。
從摩擦學(xué)角度出發(fā)，一些技術(shù)上的疑題必須解開。例如，陶瓷軸承具有一個非常突出的特點：在一般的無潤滑情況下陶瓷材料與其他金屬材料或者非金屬材料的摩擦接觸雖然不會產(chǎn)生較強的磨損但摩擦系數(shù)卻相當高。造成這一現(xiàn)象的原因是什么呢？這就要依靠技術(shù)研究給出答案了。
結(jié)晶金剛石鍍膜降低摩擦
進一步減少摩擦的一種可行方法是在陶瓷表面或者在接觸副的表面鍍覆一層降低摩擦的鍍膜。為此，專門開發(fā)了一種鍍覆技術(shù)：能夠?qū)㈩愃平饎偸奶纪繉踊蛘呓Y(jié)晶金剛石涂層鍍覆到陶瓷表面，從而使陶瓷軸承能夠在失油干運行狀況下正常工作。
在混合材料軸承中，利用鍍覆技術(shù)改善軸承的摩擦性能是非常有益的。它能進一步改進并提高混合材料軸承的摩擦性能、運行穩(wěn)定性和使用壽命。但使用這種鍍覆技術(shù)后混合材料軸承的生產(chǎn)過程將更加復(fù)雜：因為要求軸承材料、涂層、潤滑材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計都要相互匹配。而這一切目前還只能通過不斷的試驗來尋求解決方案。這里，除了要對一個個獨立架構(gòu)進行優(yōu)化，還要對它們共同作用的綜合系統(tǒng)進行優(yōu)化，這樣才能獲得最理想的軸承系統(tǒng)。
目前，原材料供應(yīng)商和軸承生產(chǎn)廠面臨的一大挑戰(zhàn)就是：新一代風力發(fā)電設(shè)備使用的大陶瓷滾動體的混合材料軸承。目前的技術(shù)已經(jīng)能夠可靠生產(chǎn)出直徑達2in（1in=25.4mm）的高強度陶瓷滾動體了。
圖3 可以利用模擬技術(shù)對陶瓷軸承設(shè)計進行完善改進
另外，市場上對高溫環(huán)境中使用的軸承需求量也很大。例如，在鋼鐵冶煉、航空航天、汽車制造以及能源工業(yè)等行業(yè)中都有著很大的市場潛力。在這些行業(yè)中，陶瓷材料的軸承已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其抗氧化性能和耐磨性能表現(xiàn)亮眼，但摩擦較大這一問題始終未能完全解決。而陶瓷復(fù)合材料和納米復(fù)合材料的研發(fā)正是為了徹底解決上述問題而進行的。
陶瓷軸承在承載狀態(tài)下的工作情況，既可以通過試驗確定，也可以通過新的數(shù)字化模擬技術(shù)來確定（圖3）。為此，人們開發(fā)了模擬仿真工具，利用這一工具不僅能夠?qū)μ沾奢S承的熱負荷和機械負荷進行摩擦學(xué)、機械學(xué)和熱學(xué)的建模，同時也可以完成相關(guān)計算。而這一模擬工具的用途并不局限于應(yīng)用狀況的評估分析，也可以對不同應(yīng)用領(lǐng)域中陶瓷材料和陶瓷材料的零部件進行優(yōu)化。
陶瓷軸承的應(yīng)用
陶瓷軸承的推廣應(yīng)用還存在很多障礙，最大的障礙就是其高于傳統(tǒng)軸承幾倍的價格，這直接導(dǎo)致優(yōu)點尚無法預(yù)估的陶瓷軸承解決方案的高昂價格。阻礙陶瓷軸承推廣的另一大障礙就是人們特殊而無理由的保守態(tài)度，過高估計了陶瓷軸承的投資風險。如果能夠公平而客觀的估計這一技術(shù)的應(yīng)用潛力，不難發(fā)現(xiàn)：陶瓷軸承除了在技術(shù)上具有優(yōu)勢外，在全生命周期內(nèi)的綜合評估中也是非常優(yōu)勢的。
