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一、氮化硅陶瓷轴承在电动汽车行业

随着国家环保要求的不断提高，近年来电动汽车行业发展非常迅速。中国电动汽车产量在2021年达到213.2万辆。相比较于2016年的41.8万辆，短短5年增长5.1倍。

电动汽车与传统燃油汽车最大的区别在于动力系统。燃油汽车系统中含有大量的活动部件，如齿轮、活塞、阀门和曲轴等，其工作原理主要是通过在内燃机中燃烧释放出的能量产生动力，并由变速器实现驱动控制的。而电动汽车系统的主要工作原理是以车载电源为动力，用电机驱动并配以调速器进行速度控制。由于燃油系统中的活动部件多，因此引发磨损并导致车辆故障的部件就越多；相反，电动汽车系统中的活动部件较少，其最重要的活动部件是电机轴上使用的轴承球。因而，从这个角度考虑，电动汽车动力系统优于传统燃油汽车系统。并且，对电动汽车而言，电机轴上的轴承质量直接决定着电动汽车的性能。

一般而言，电动汽车电机轴上的常规轴承球和滚动体是由钢制成的。然而，还有一个更好的方案可供选择，那就是陶瓷轴承，或者是将陶瓷球与钢滚道结合在一起的混合陶瓷轴承，或者是全陶瓷轴承。

全陶瓷轴承是指内/外圈、滚动体等关键部件均采用陶瓷材料制得的高科技轴承产品。高精度全陶瓷轴承，在国内数控机床、国防军工、航空航天、石油化工、医疗器械等高端装备技术领域具有广泛需求，其制造水平体现了国家高端制造核心竞争力。

全陶瓷轴承采用的工程陶瓷材料主要包括：氮化硅（Si3N4）、氧化锆（ZrO2）、碳化硅（SiC）等，其具有传统金属材料所不具备的优良物理化学特性。对于电动汽车而言，氮化硅（Si3N4）材料制成的陶瓷轴承会使得电动汽车行业锦上添花。

二、利用该类材料制得的全陶瓷轴承主要优势体现在

1、轻量化

对电动汽车电机轴上的轴承而言，轻量化是避不开的话题。氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承，其重量轻于钢制轴承；另外，其滚道的重量也不超过钢制滚道重量的一半。因而，电动汽车工程师更偏爱氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承；

2、密度小 

工程陶瓷材料密度小，转动惯量及离心力小，适用于超高转速，且承载能力强，抗磨性能好，故障率低；

3、高硬度&高强度

工程陶瓷材料的硬度远大于普通轴承钢，同型号轴承在相同工作条件下全陶瓷轴承使用寿命可提高30%以上；而且不容易受外界环境的干扰而出现变形的现象。从轴承寿命和轴承效率的角度而言，氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承是个很好的方向；

4、低摩擦

相比钢制轴承，氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承中的球在轴承组件内产生更少的摩擦、更少的热量，也就是说，磨损也会因此而减少，甚至不需要或极少需要润滑剂。

5、高耐热性

目前全陶瓷轴承的极限工作温度已经能够突破1000℃，连续工作时间可达50000h以上，且具有自润滑特性，在无润滑条件下仍能保证工作精度与使用寿命。全陶瓷轴承结构特点恰好弥补了金属轴承在工程应用中的缺陷，具有超高转速、耐高/低温、耐磨损、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑等特性，适用于极度恶劣的环境及特殊工况，在高端技术领域具有广阔应用前景。这个耐高温的特点恰恰是电动汽车运行所要求的。

6、电绝缘性

对于电动汽车来说，氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承另一个优点，也可以说是最大的一个优点，就是电绝缘性或者说抗电性。在腐蚀性、强磁场及电蚀等工况条件下的工作性能具有绝对优势。电流的存在会加速引发轴承的故障，因而轴承材料本身如果具有抗电性，就可以避免不必要的轴承故障。氮化硅具有极佳的抗电性，当电动汽车的高电压牵引电机时，轴承内部的细小部件很容易受到高压电流的影响，或者说由于电流的外泄而产生“电蚀”现象。钢制材料的轴承如果想避免出现这种故障的话，通常采取的措施是，在钢的表层涂上一层非导电材料。然而，这样会增加工序的复杂性。

另外，考虑到所涂材料的纯度及洁净度等方面的影响，需要避免轴承可能会遭到污染的风险。如果轴承受到污染的话，也可能引发机械故障，因而钢制轴承外涂绝缘涂层不应该成为电动汽车轴承的最佳选择。电动汽车的重量和体积方面的要求需要更加轻便的装备和更加简易的工序。显然，氮化硅材料的特性符合电动汽车对轴承的特殊要求。

7、寿命长 

与钢制轴承相比，陶瓷轴承使用寿命更长。陶瓷轴承可以避免频繁更换钢制轴承带来的成本浪费和不必要的麻烦。对电动汽车而言，陶瓷轴承可以维持并延长车辆的使用寿命，进而获得更长的行程。

综上所述，氮化硅陶瓷轴承因其材料具有轻量化、高硬度、高强度、低摩擦、高耐热性、电绝缘性以及寿命长等优势，可以大力推动电动汽车行业稳固、长期、健康发展。

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