轴承是机械设备中不可或缺的关键部件，其普遍应用广泛。它的核心职责是支撑机械旋转体，通过降低摩擦系数来优化运动性能，并确保旋转的精确性。轴承的功能与人体关节相似，因此常被誉为“机械的关节”。作为所有旋转机械的核心，轴承的重要性不言而喻，它甚至被形容为机械工业的“芯片”，象征着其在机械工业中的核心和灵魂地位。
氮化硅轴承球
氮化硅（Si3N4）是一种高强度人工晶体，具备多重优势特性，包括低密度、高硬度、出色的耐高温和耐腐蚀性能、优良的电绝缘性和非导磁性，以及卓越的抗压强度和自润滑性能。利用氮化硅球作为滚动体，结合合金钢套圈制造的混合陶瓷轴承，充分融合了氮化硅的高抗压强度和合金钢的高抗弯强度及韧性。相较于传统钢球轴承，这种陶瓷轴承展现出轻量化、高极限转速、低摩擦力矩、卓越的运转精度和长久的使用寿命等显著优点。其性能均衡且卓越，被誉为轴承领域的“全能冠军”。目前，氮化硅陶瓷球轴承已成为全球研究热点，其性能卓越，应用领域广泛，几乎成为陶瓷轴承的代名词，是高端轴承市场的明星产品。
据数据显示，2016年全球氮化硅球轴承行业市场规模约为3.9亿美元。随着技术的不断进步和市场的持续扩大，到2019年，市场规模增长至4.7亿美元。预计随着应用的进一步拓展和行业的持续繁荣，到2023年，全球氮化硅球轴承行业的市场规模将进一步增长至更高的水平。具体数值尚未最终确定，但预计将会是一个显著的增长。
氮化硅轴承球
我国对氮化硅陶瓷球轴承的研究始于上世纪90年代初，并成功列入国家科技攻关计划。进入本世纪初，我国已经基本攻克了氮化硅陶瓷毛坯球的批量制备技术，成功实现了氮化硅陶瓷毛坯球的批量化生产。目前，我国所生产的氮化硅陶瓷球的研磨球精度已经达到了国际标准化组织（ISO3290-2001）的G10～G5级标准，这一成就与日本NSK公司20世纪80年代的水平相当。值得一提的是，国内厂商可以达到G3级的精度标准。
氮化硅陶瓷轴承的难点主要体现在以下几个方面：1、氮化硅原料的选择与制备：氮化硅原料的纯度、粒度和稳定性对产品的性能有着至关重要的影响。因此，选择合适的氮化硅原料并对其进行有效的制备是一个关键的技术难题。2、球坯的成型与烧结：由于氮化硅材料的脆性较大，成型过程中容易出现开裂、变形等问题。同时，烧结过程中的温度、气氛和时间等因素也会对产品的性能产生影响，需要进行严格的控制。3、轴承的破坏机理：由于氮化硅陶瓷材料的表面硬度高，弹性模量大，不易发生塑性变形，轴承的破坏主要表现为轴承钢套圈的疲劳剥落。这就要求陶瓷球材料的硬度、弹性模量要适当小一些。4、轴承套圈材料的要求：全陶瓷轴承的疲劳破坏主要发生在套圈滚道的边沿，这就要求陶瓷轴承套圈材料要有高的抗拉应力、高的断裂韧性。
氮化硅轴承的制备工艺主要包括以下步骤：1、氮化硅陶瓷粉末的制取：首先，需要制备出符合轴承零件用材要求的氮化硅陶瓷粉末。这种粉末应具有纯度高、颗粒均匀且细小、α相含量高等特点。最符合这些要求的制备方法是碳热还原氮化法，其反应式为：3SiO2+6C+2N2=Si3N4+6CO。这种方法得到的粉末含金属杂质较少，纯度高，颗粒细，α相含量高，非常适合用于轴承零件的制备。2、氮化硅陶瓷轴承相关部件的成型：接下来，需要将制得的氮化硅陶瓷粉末进行成型。氮化硅陶瓷轴承相关部件的制备方法有很多，如反应烧结法、热压烧结法、无压烧结法、二次反应烧结法等。为了获得完全致密的氮化硅材料，采用热等静压法是比较理想的选择。3、氮化硅陶瓷轴承相关部件的加工：最后，对氮化硅陶瓷轴承相关部件进行加工。这个加工过程基本与轴承钢材部件的加工相似，磨削机理也基本相同。
氮化硅陶瓷滚珠作为国内外备受瞩目的高端陶瓷轴承，以其独特的优势，如轻质、高极限转速、低摩擦力矩、卓越运转精度和长久使用寿命等，脱颖而出。尽管国内对氮化硅球的研究颇为深入，但在大批量高精度制造方面仍面临挑战，与国外先进水平存在差距。超精密轴承套圈的制造主要基于无心磨理论与技术，但现有的研究尚未充分结合机床系统动力学。不过，随着国家制造业的持续升级与进步，我们有理由相信，不久的将来，超精密氮化硅球轴承的大批量生产将成为现实。
