轴承材料发展与应用：金属、工程塑料、陶瓷的多样化选择与优势分析

轴承是现代化机械设备中的重要零部件，属于精密产品，常被称作机械的“关节”。在工农业领域，轴承的精度等指标影响着主机设备运行；在国防军科领域，轴承的性能等指标影响着主机设备运行；在家电领域，轴承的寿命等指标影响着主机设备运行。同时，轴承工业的发展与我国重大技术装备的制造水平密切相关，也与机械设备的出口能力密切相关。近几年我国的轴承出口贸易额逐年攀升，轴承出口成为拉动国内轴承工业快速发展的重要因素之一。轴承材料的发展呈现出多种趋势，有高级化、复合化、多样化。其中，金属轴承材料包含高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、耐热钢、工具钢等；非金属材料有陶瓷、工程塑料、石墨和碳纤维等。轴承材质的种类变得越来越丰富。不同材质的成品具有不同的优势。本文将对金属、工程塑料、陶瓷这三种材质的轴承特性分别进行介绍。

轴承发展的时间轴

（世界轴承工业兴起于19世纪末到20世纪初）

1880年，最早的轴承由英国在开始生产

1883 年，德国创建了世界上第一家轴承企业。这家企业是 FAG 乔治沙佛公司。

1889年，美国开办ND轴承厂（现为通用汽车轴承公司）

1910年，瑞典SKF向日本提供轴承样品

1914年，日本NSK成立

1918年，日本NTN成立

1.陶瓷轴承

（1）优势：

陶瓷材料具有很强的耐腐性。所以陶瓷轴承几乎不会怕腐蚀。它能够在充满腐蚀性介质的特殊恶劣环境中进行作业。

陶瓷滚动轴承上，因为陶瓷滚动小球的密度比钢低，所以其重量更轻。在转动时，对外圈的离心作用能够降低 40%，这样一来，产品的使用寿命就可以大大延长。

陶瓷材料受热胀冷缩影响比金属小。合理安排各个陶瓷轴承间的间隙，就能将轴承应用在温差变化起伏较大的环境中运作。

全陶瓷轴承的疲劳寿命比全钢轴承的疲劳寿命长 10 到 50 倍。混合陶瓷轴承的寿命比全钢轴承的寿命高 3 到 5 倍左右。在使用寿命方面，陶瓷轴承远远高于金属轴承。

陶瓷轴承的耐磨性比金属轴承高，弹性模量也比金属轴承高，并且摩擦系数低。所以，添加润滑油运转的陶瓷轴承，在油变稀或缺少的情况下，其润滑性能仍然不会低于传统钢轴承常用的传统润滑剂。

（2）劣势：

制备陶瓷轴承成品的加工方法有较高要求，成本也较高，这在很大程度上对陶瓷轴承的普及性应用形成了阻碍。

2.金属轴承

（1）优势：

金属轴承的优势主要体现在以下几个方面：其一，加工较为方便；其二，相较于陶瓷轴承和工程塑料轴承，其加工成本较低，价格优势较为明显；此外，它的耐冲性能较好，因为金属材料的品种多样，所以能够满足大部分常规轴承设备的应用需求。

（2）劣势：

使用寿命短，运行时所需润滑油消耗较大。

3.工程塑料轴承

（1）优势：

成品密度较低，其体积较为轻便。在高速运转时，它的起动力矩较小，并且能够降低转动的能耗。正因如此，它适合应用于现代化的轻量型结构产品设计之中。

其制备方式采用开模注塑成型法。成品的生产周期较短，速度较快。制造成本低。设计产品的灵活性较大，可被设计成较为复杂的结构形式。整体上经济性良好，便于进行大批量、规模化生产。能够提升生产效率，节约制造成本。

工程塑料轴承自身具有良好的自润滑性能，能够在一些特定工程状态下使用，这些状态比如食品、包装、医疗机械等领域，因为在这些领域不能使用润滑油，而工程塑料轴承正好可以满足这种需求，并且其产品维护成本较低。

具有耐磨的特点，也具有低摩擦的特点，还具有抗咬合性等特点。可以根据所需成本的需求加入耐磨元素，这样就能将摩擦系数降到更低。因为摩擦系数降低了，所以摩擦热也会降低，而摩擦热的降低能够维持更好的使用性能。

工程塑料轴承凭借自身的材质特性，具备缓震减振的使用性能。在运行过程中，能够大幅度降低运转噪音的出现频率，并且可以被应用到特殊环境中。

具有稳定的高耐热性，温差区间一般在-250℃~+320℃；同时具有稳定的规格尺寸，可满足多数工程状态的运行温度。

工程塑料轴承的制备具有较高的灵活性。它可以根据不同性能的需求，选取不同的原材料，以增强韧性。通过这种方式，可以加大韧性，从而增强产品的抗冲击性和抗断裂性。同理，也可以加大刚度，提升硬度标准。

（2）劣势：

工程塑料轴承的劣势体现在多个方面。其一，其机械性能不佳；其二，转速相对较低；其三，载荷也比较低；其四，它不耐高温，高温承受的上限较低。

我国对工程塑料轴承的研发使用起步时间比国外晚，在原料生产方面有所欠缺，在产品应用方面也有所欠缺。有关方面不完全统计显示，近五年来，国内通用的 PC、POM、PA、热塑性树脂、改性聚苯醚等这五大工程塑料，其市场需求量一直保持着 30.3%的高速增长。然而，我国在轴承用工程塑料的原材料方面存在较强的进口依赖性。倘若国内相关塑料企业能够把握住市场良机，洞察行情，大力开发相关轴承产品，那么其前景是可观的。