氮化硅陶瓷在新能源汽车领域的应用

作为近年来最受关注的心材料领域之一，先进陶瓷是凭借着多项优异特性在社会中发挥着重要的作用。其中，氮化硅（Si3N4）因具有高抗弯强度、高断裂韧性、良好的蠕变性、高硬度和高耐磨性等优异特性，被誉为是结构陶瓷家族中综合性能最为优良的一类。

目前新能源汽车产业作为一个体量快速增长、技术持续革新的战略新兴产业，对汽车陶瓷零部件的需求在快速上升，氮化硅在其中也饰演着多个重要角色。

氮化硅陶瓷球

轴承是一切旋转机械的灵魂，被称为机械工业的“芯片”。其主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动时的摩擦系数，并保证其回转精度。

氮化硅材料的密度大约为轴承钢的42%，弹性模量高达320GPa，抗拉强度1600MPa，抗压强度高达3600MPa，900℃以下力学性质几乎不变，因此是滚动轴承滚动体的理想材料之一。目前，以氮化硅球作为滚动体的轴承已是世界上研究最热门、性能异、应用最广泛的高端陶瓷轴承。

新能源汽车中之所以需要使用氮化硅轴承，有以下几个原因：

①电机轴承相比传统轴承转速高，需要密度更低、相对更耐磨的材料；

②由于电机的交变电流引起周围电磁场变化，需要更好的绝缘性减小轴承放电产生的电腐蚀；

③要求轴承球表面更光滑，较少磨损。陶瓷球具有低密度、高硬度、耐摩擦等特点，适宜高速旋转工况，在高温强磁高真空等领域，陶瓷球具有不可替代性。

目前在新能源汽车领域，陶瓷轴承取代钢球轴承已经是一种趋势——如特斯拉采用的电机中输出轴是采用陶瓷轴承，采用NSK设计的混合陶瓷轴承，轴承滚珠采用50个氮化硅球组成；奥迪ATA250电机位于内部的2个转子轴承采用陶瓷材质制成。

制备要点

制备超精密氮化硅陶瓷球，是制造超精密高端氮化硅球轴承的前提。高端陶瓷球一般需要同时实现三个关键技术指标，高精度、长疲劳寿命、好的表面质量。

得益于“热等静压”高温高压烧结技术的不断发展和成熟，目前长疲劳寿命陶瓷球毛坯的氮化硅毛坯球的制备技术已取得突破。但为保证氮化硅球的超精密大规模生产，还需注意以下几点：

①氮化硅球表面实现等概率磨削加工，亦即保证球面上每个质点都有相同的研磨概率；

②磨削效率具有自动尺寸选择性，亦即大球或者长轴方向自动实现优先磨削；

③研磨技术容易实现大规模工业化低成本生产。