中國粉體網(wǎng)訊 軸承，機(jī)械裝備中重要的核心基礎(chǔ)件，常被譽(yù)為機(jī)械裝備中的“心臟”零部件。
一般工況下，軸承往往承受較大的交變載荷與熱載荷，其失效形式通常為磨損失效、斷裂失效與疲勞失效等。因?yàn)檩S承在旋轉(zhuǎn)過程中，交流電機(jī)由于磁路不平衡會在轉(zhuǎn)軸與軸承座之間產(chǎn)生軸電壓，所以會有電流通過軸承。而電流通過軸承時(shí)會產(chǎn)生火花并擊穿滾動接觸部分極薄的油脂膜，使接觸表面局部熔化，即電蝕現(xiàn)象。在新能源汽車等應(yīng)用電機(jī)的領(lǐng)域中，電蝕現(xiàn)象已成為電動汽車等領(lǐng)域中軸承失效的主要原因。對于軸承材料來講，絕緣很重要。
軸承絕緣的實(shí)現(xiàn)
想要軸承絕緣可通過兩個(gè)方式，一種是在外圈外徑或內(nèi)圈內(nèi)徑增加陶瓷涂層；另一種是使用陶瓷材料加工的滾動體。
陶瓷軸承：更強(qiáng)，更輕，更快
陶瓷軸承是一種利用絕緣性優(yōu)異的陶瓷材料，通過特殊工藝制成整個(gè)軸承，軸承中陶瓷部分就會阻斷軸電流通過軸承，從而賦予軸承的絕緣特性。陶瓷軸承分為全陶瓷軸承和混合式陶瓷軸承。
混合式陶瓷軸承一般滾動體用陶瓷材料制造，套圈用軸承鋼制造；全陶瓷軸承則滾動體及套圈均用陶瓷材料制造；按照陶瓷軸承的結(jié)構(gòu)不同，分為陶瓷球軸承和陶瓷滾子軸承。混合陶瓷球軸承一般用于高速、絕緣、貧油潤滑等場合。全陶瓷球軸承一般用于高溫、腐蝕、抗磁、絕緣等場合。
▲不同陶瓷材料與軸承鋼的特性對比
材料方面，常見的陶瓷軸承材料有氧化鋯，氮化硅，碳化硅三種。其中，氮化硅（Si3N4）被認(rèn)為是制造陶瓷軸承的最佳材料。對于電動汽車來講，Si3N4陶瓷軸承最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：具有極佳的抗電性。
Si3N4作為天然的電絕緣體，在高頻交流電環(huán)境下，陶瓷滾動體在軸承的內(nèi)外圈之間起阻斷作用。由于陶瓷軸承的電容非常低，相比起很小的滾道接觸點(diǎn)，滾動體的直徑較大，另外，Si3N4 陶瓷的相對介電常數(shù)低，其電阻值很大，則此時(shí)陶瓷軸承仍是阻隔軸電流的有效工具。
混合陶瓷球軸承
高端陶瓷軸承中使用的陶瓷球制造加工難度很大，所以陶瓷軸承價(jià)格也十分昂貴。目前高端陶瓷軸承產(chǎn)品生產(chǎn)仍以日本、歐美企業(yè)為主導(dǎo)，國際市場占有率、發(fā)展方向的引領(lǐng)力仍然被國外知名企業(yè)所控制。而我國在2015年中材高新氮化物陶瓷有限公司突破了熱等靜壓氮化硅陶瓷球批量化制造技術(shù)，成為繼美國庫斯泰克、日本東芝之后第三家，也是國內(nèi)首家形成批量化生產(chǎn)熱等靜壓氮化硅陶瓷材料的企業(yè)，產(chǎn)品出口到瑞典斯凱孚、美國鐵姆肯、德國GMN、西班牙福賽等地。
絕緣陶瓷涂層：簡單又經(jīng)濟(jì)
采用熱噴涂的方法在軸承的金屬內(nèi)圈或外圈上噴涂一層陶瓷涂層，其目的同樣是在阻斷軸電流，以防止軸承遭電蝕損傷。顯然，利用這種方式保護(hù)軸承，即可保證軸承額絕緣性能，又可解決一些陶瓷軸承難以加工、裝配的問題，同時(shí)還降低了成本。
與陶瓷軸承一樣，絕緣軸承中涂層材料的選擇尤為重要。首先想到的是使用絕緣性能優(yōu)異的Si3N4 陶瓷粉末，但是Si3N4 陶瓷在常壓下約1700℃就發(fā)生分解，這就不能利用熱噴涂工藝制備Si3N4陶瓷涂層。繼而，找到了一種替代Si3N4的可噴涂陶瓷材料，即Al2O3陶瓷粉末。Al2O3的熔點(diǎn)為2054℃，且具有極佳的熱穩(wěn)定性，是良好的熱噴涂材料，其介電常數(shù)大，體積電阻率大，介質(zhì)損耗小，耐熱沖擊強(qiáng)度大，幾乎具備電子器件應(yīng)用絕緣材料的所有良好性能。
（左 外圈噴涂絕緣涂層；右 內(nèi)圈噴涂絕緣涂層）
同其他陶瓷材料一樣，Al2O3涂層也有韌性低的缺點(diǎn)，且噴涂的Al2O3涂層中，相成分幾乎全部由α-Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，而隨著這一轉(zhuǎn)變，Al2O3涂層的絕緣性能等也隨之降低。因此，抑制噴涂過程中α-Al2O3向γ-Al2O3的轉(zhuǎn)變，是提高其絕緣能力的關(guān)鍵。Al2O3絕緣涂層的獲得，通常采用等離子噴涂（APS）的方式，其制備成本低，制備效率高，且涂層質(zhì)量較好。但目前APS制備Al2O3絕緣涂層在理論研究方面，仍缺乏對涂層形成全面系統(tǒng)的研究。
經(jīng)處理的軸承，無論在干燥還是潮濕環(huán)境中均具有優(yōu)良絕緣性能。而且，所獲得的陶瓷涂層絕緣軸承不但生產(chǎn)制造成本低（是全陶瓷絕緣軸承的1/10～1/5）、絕緣性能好，而且其抗蠕變性能、散熱性能優(yōu)良，在絕緣軸承領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛。如斯凱孚在2017年4月份推出的InsoCoat絕緣軸承升級版，軸承絕緣涂層采用陶瓷材質(zhì)AI2O3，絕緣能力達(dá)到3000Vdc，在潮濕的環(huán)境下絕緣性能的保持較之舊款有大幅度的提升，并可以與目前的電機(jī)軸承進(jìn)行任意替換，簡單又經(jīng)濟(jì)。
小結(jié)
隨著快充技術(shù)的普及，電動汽車在800V高壓系統(tǒng)中，SiC基材逆變器被大規(guī)模使用，高壓和高開關(guān)頻率會進(jìn)一步加劇電腐蝕的發(fā)生。陶瓷材料成了解決軸承電蝕的最佳選擇。
參考來源：
卜珍宇等：電機(jī)軸承防護(hù)措施及Al2O3陶瓷絕緣涂層研究現(xiàn)狀
唐虎嬌：絕緣軸承產(chǎn)品絕緣涂層設(shè)計(jì)方法及檢測分析
李婷：陶瓷軸承應(yīng)用開啟藍(lán)海 產(chǎn)業(yè)競爭發(fā)展風(fēng)頭正勁
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
