skf陶瓷轴承到底要不要买陶瓷轴承？多名业内大佬谈陶瓷轴承|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

到底要不要买陶瓷轴承？多名业内大佬谈陶瓷轴承

出处 : ROAC.CC 作者 : DAVID ARTHUR

陶瓷轴承理论上的优势包括轴承阻力低，重量轻，寿命长等优点。不过卖的那么贵，真的值回票价吗？

尽管公路自行车的新设计和新技术可以说是日新月异，不过不管是多高端的自行车，大部分还是依靠传统的、有着悠久历史的滚动轴承来保证所有零部件的平顺运行的。你的花鼓、碗组、中轴、脚踏、后拨导轮等等部件都有轴承的存在，而且绝大部分都是钢制的。最近，陶瓷轴承的各种优点被大肆宣传，不少人也说换了陶瓷轴承之后他们的自行车性能表现确实得到了提升。不过所谓的陶瓷轴承到底是个啥，有什么优势和劣势呢？

众所周知，一般的轴承是用钢做的，而陶瓷轴承的材质则是用隶属于陶瓷材料范畴的氮化硅。低滚阻是陶瓷轴承最为重要的卖点。由于材料的本征性质，陶瓷轴承可以做的更圆、表面更光滑，滚珠尺寸公差也更小，自然滚阻就更低，应用到作为转动部件的曲柄和花鼓上那就意味着更低的能量损失。同时，陶瓷轴承的硬度也要比钢制轴承高约30%，理应更加耐用。另外，陶瓷轴承材料不会腐蚀生锈，所以也对于维护保养的要求也更低。

大部分的自行车用的陶瓷轴承实际上都是双材料轴承，使用钢制的轴承座圈和陶瓷材质的轴承滚珠（包括CeramicSpeed） 。而全陶瓷轴承则使用陶瓷轴承座圈，更轻量，滚阻也是最低的，不过耐用性会差一些。还有一类是非密封的陶瓷珠，可以用来升级搭配非深沟球类轴承的自行车零件，比如珠档花鼓。

在最近几年的大环赛中，在意微弱边际性能提升的职业自行车手们，已经纷纷用上了各种各样的陶瓷轴承。而职业车手的器材搭配一直是业余爱好者追随模仿的对象，自然业余玩家也就越来越倾向于给自己的战车升级陶瓷轴承。不过，我们这样做真的有用吗？

提到陶瓷轴承就很难不讲到CeramicSpeed。CeramicSpeed是2007年创立的一家丹麦公司，专注于设计制造自行车上使用的高性能陶瓷轴承，也是多个职业自行车队选择的轴承器材供应商。CeramicSpeed的贴纸在很多职业队所使用的车架上随处可见。而最近几年，越来越多业余爱好者一转陶瓷轴承智商税的论调，开始追捧和购买陶瓷轴承升级自己的爱车。按CeramicSpeed官方的说法，对比普通的标配轴承，更换CeramicSpeed的花鼓、中轴和导轮轴承可以给你节省大约9瓦的功率。

CeramicSpeed的经理马丁·班克解释说，CeramicSpeed的轴承相对于普通的轴承有两点优势，一是寿命：“一个装配良好的高质量陶瓷轴承的寿命可以达到整车标配轴承的十倍，我们的经验是，生产和装配质量都优秀的陶瓷轴承相对于普通的钢制轴承，肯定是又高效又耐用的。另一点是轴承动载条件下的滚阻明显更低。竞技车手最关注的就是竞技性能，所有数据都表明陶瓷轴承的滚阻是最低的”

理论上说，滚阻越低就意味着驱动轮组和曲柄所需的总能量越低。那照这么说，陶瓷轴承滚阻又低，重量又轻，又更耐用，那我们还有什么理由不换呢？其实还有一个问题，那就是陶瓷轴承和陶瓷轴承它也是不一样的。不是所有的陶瓷轴承都有CeramicSpeed说的这么厉害，而CeramicSpeed自己也非常热衷于讲这个事情，那就是材料质量差，装配精度也不好的陶瓷轴承寿命会非常短。

“很多市面上卖的轴承拿在手里空转看起来非常厉害，滚阻很低，其实那是没意义的。真正的轴承性能要看轴承在动载下的表现，包括滚阻和寿命都是如此。我们现在已经发现市场在变得更了解陶瓷轴承，人们慢慢开始认识高质量的陶瓷轴承可以做到在性能更好的同时更耐用。”

既然陶瓷轴承这么厉害，那是不是所有人都会接受陶瓷轴承呢？也不是的 ，比如英国的自行车零件厂商Hope就认为相比于那微乎其微的性能提升，陶瓷轴承实在是太贵了。

Hope的市场经理艾伦·韦瑟里尔表示他们曾经深入调研过陶瓷轴承，也和他们的轴承供应商沟通过此事。“陶瓷轴承确实滚阻会低一点点，这个没得黑，在一些转速在每分钟2万转以上的转动部件在工业中应用来说，微不足道的滚阻降低就会带来显著的能耗降低。不过自行车这东西最高也就每分钟300转的样子，用陶瓷轴承带来的提升可以忽略不计，完全不值得花那么贵的价钱去使用 。”，韦瑟里尔说。

Edco轮组的首席执行官，转子动力学专家保罗·卢也支持Hope的观点，同时他还补充提到其实陶瓷轴承并不怎么能省功率，也不怎么能减重，只能说在高转速应用中使用陶瓷轴承“对工况才会比较友好”。

“如果你用在中轴上，可能比较能稳定输出的最大转速也就是130转每分左右，轮组的话，不同的轮组轮胎组合大概在每公里500-600转，你想想，自行车上转动部件的最大转速远远低于陶瓷轴承适用的1万转每分以上的转速范围。”

艾伦和保罗的观点很清楚，他们认为陶瓷轴承确实可以在工业，医疗器械，高海拔无人机等应用中大放异彩（保罗曾在无人机行业从业多年，是无人机转动部件设计方向的专家）。不过陶瓷轴承的适用条件是：高转速，低负载和清洁干净的工况 ，很显然，自行车上的转动部件转速较低 ，负载较大，且依路面有相当的波动 ，工况开放且相对恶劣 ，这三点都不满足。

保罗·卢解释说：“陶瓷轴承在不需要润滑脂润滑的工作环境下才是适用的 。不过一辆公路车理应能够应付各种环境，比如有尘土、甚至雨天；大部分车友的自行车维护保养也不如工业设备那样有专人定期定点来进行；我们肯定会给自行车轴承上润滑脂的，对吧。这些都会抵消掉陶瓷轴承所谓滚阻低的优势。”

“陶瓷轴承相对于ABEC 3、5或者7这类普通的钢制轴承的滚阻优势会被润滑脂的存在完全抹平。如果装了陶瓷轴承，并且想要它的表现好过普通的钢制轴承，那就不要用润滑脂 。那你是说我们要轴承完全干的啥也没有直接去用吗？确实如此，不过一旦有一点点灰尘泥水等等任何给你的轴承造成污染的东西进去，你不用润滑脂的话，那就难顶了。”

Hope的艾伦·韦瑟里尔也是这样认为的。他觉得陶瓷轴承并不适合自行车。陶瓷轴承在工业设备上的成功并意味着很多人和公司宣称的那样同样会给你的自行车带来优势。

他还指出：“陶瓷轴承应用在自行车上会出现的另一个问题恰恰来源于它的硬度。坚硬的陶瓷滚珠在很多的机械设备和工业应用场景中都是很大的优点，不过用在自行车上就成了严重的缺点。撞击坑洼等等各种路面缺陷的冲击力会让坚硬的陶瓷滚珠在钢制的轴承座圈上撞出麻点甚至坑洼 。在滚动中你就会感觉得到轴承的这些坑洼，那就说你的轴承座已经变粗糙了。”（译者注：我用过Rotor和CeramicSpeed的陶瓷中轴，不得不说这一点确实如此……尤其是Rotor，使用不到1000公里空转曲柄就能比较明显的感觉到）

韦瑟里尔和卢对于陶瓷轴承应用在自行车上的怀疑总体来说还是比较谨慎而温和的。自行车中轴作坊Hambini Engineering的主理人萨钦·汉比尼对这件事的态度则更为直接。萨钦·汉比尼的主业是一名跨国公司的航空工程师，空气动力学专家，曾为丰田和某F1车队研发过涡轮，为某支自行车国家队和某两支大环赛车队等客户提供过空气动力学咨询服务。他有个油管账号，以儒雅随和用语文明而著称，曾因对自行车的生产质量，尤其是压入式的BB30/386系中轴的生产质量进行严厉的批评而收获了一大批粉丝。

这是他对陶瓷轴承的态度。文明用语警告！我看了他的油管视频，一个硬核甚至略显枯燥的轴承测评竟然有37.5万播放，放不了就打开字幕截几张图吧。

他买了各种各样的轴承，从ebay最便宜的，到SKF，NSK的钢制的，再到Enduro，CeramicSpeed陶瓷的，自己做了测试，以原装的轮组轴承和中轴为0基准，90rpm踏频，35公里每小时速度骑1000公里平均节省的功率，CeramicSpeed不如很多优质的钢轴承。

轴承的滚阻来源，2%来自轴承座形变，3%来源于轴承滚珠形变，7%来源于滚珠托架摩擦，28%来源于润滑脂，60%来源于密封结构……说明就算理想情况下，陶瓷滚珠的滚阻低一点点，用陶瓷滚珠还是金属滚珠本就区别非常非常小。

▲价格-省功率关系，价格因素加进去就更不行了

忽略不如原厂的两个ebay中轴，CeramicSpeed和Enduro的陶瓷明显高出其它具有正收益的轴承很多，而且正收益也不是最大的。

“你问我会不会买CeramicSpeed轴承？绝壁不可能（absolutely no chance），CeramicSpeed那价格简直是究极溢价（extremely overpriced），而且表现还没一些普通的钢制轴承好（poorer than their steel counterparts），怎么可能会买……”

价格？你这轴承座是金子做的还是轴承滚珠是金子做的？

陶瓷轴承真的不便宜。CeramicSpeed为螺纹车架五通设计的BSA外置旋入式中轴要298英镑。作为对比，禧玛诺的顶级DA中轴官价只要39镑99，如果你货比三家，那还要再便宜不少。CeramicSpeed为Campagnolo和Fulcrum开发的轮组轴承升级套装大概是120镑的样子，Zipp官方的CeramicSpeed轮组轴承升级包卖价是194镑。全车使用陶瓷轴承是一笔不小的投入，对于职业队来说倒是还好，不过对于参加业余比赛的车友们可就不那么友好了。（什么？你完全不打比赛，甚至根本不怎么骑车，但是装车必用全套陶瓷轴承？……那没事了）

陶瓷轴承的溢价很高，优点虽然在理想条件下看起来很好，不过在现实世界自行车所面对的较为严苛的工况中就会大打折扣。所以，你会选择陶瓷轴承吗？Edco轮组的CEO保罗·卢做出的最后决定是这样的：

“虽然卖带陶瓷轴承的轮组毛利润和净利润都很高，甚至会成为一家轮组厂商盈利的核心之一，比如Reynolds的轮组就是这样。我们还是选择不卖带有陶瓷轴承的轮组，因为陶瓷轴承用在轮组上确实没有性能的提升，至少我们无法说服自己消费者多付的钱是有价值的，这与我们的价值体系相悖。” 保罗·卢下了最后的结论。

航空陶瓷轴承技术研究进展

轴承作为工业机械领域的关键基础件，素有“装备的关节”之称。轴承性能的优劣直接影响和决定高端装备的精度、寿命、极限转速、承载能力、耐温能力、稳定性、可靠性和动态性能等关键指标，航空航天技术对高质量轴承的需求尤其迫切。

在航空发动机设计中，轴承材料和技术始终占到90%～95%以上。可以说，轴承技术代表着发动机极限转速、耐温能力和可靠性水平。轴承材料主要是指高铬抗疲劳轴承钢、耐高温工具钢、高强度齿轮轴承一体化钢等轴承材料，航空技术的发展对高温、高速、高可靠性轴承及材料的的需求也越来越高，由此也促进了轴承材料技术的发展。

航空陶瓷轴承材料

陶瓷轴承研制开发的最初目标是提高航空航天国防装备轴承的极限性能。瑞典SKF、德国Schaeffler等国际著名轴承公司都开发出高水平的陶瓷轴承技术和产品，特别是热等静压烧结氮化硅陶瓷轴承为高端装备技术的发展提供了核心技术支撑。经过50多年的研究和积累，Si3N4陶瓷轴承已经应用在直升机主传动装置、航空APU、飞机附件传动、导弹发动机、火箭发动机和航天卫星上，已成为高端制造装备中高速和高功率主轴的标配轴承。

德国FAG陶瓷轴承

近年来，随着陶瓷轴承在高端装备领域的推广应用，材料对轴承质量的影响得到了广泛重视，ISO26602:2009《Fine ceramics(advanced ceramics,advanced technical ceramics)—Silicon nitride materials for rolling bearing balls》对滚动轴承氮化硅陶瓷材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数、弯曲强度、硬度、断裂韧性、显微结构、材料分级等性能指标给出了明确的测量方法和范围，ASTM F 2094/F2094M-08《Standard Specification for Silicon Nitride Bearing Balls》除了对材料质量标准明确要求外，还明确规定了氮化硅陶瓷球的化学成分、表面质量、检测方法、几何参数以及等级用途等。

航空陶瓷轴承的设计与验证技术

为了充分发挥陶瓷新材料的优势，陶瓷轴承往往需要突破钢轴承的极限性能，如高速性能、高温性能、长寿命质载和高可靠性等。因此与通用滚动轴承设计不同，在设计陶瓷轴承时，除了需要设计基本的结构参数外，还需要面向工况开展表面摩擦学性能的匹配性设计、材料匹配性设计、结构动态性能设计、热特性设计、润滑性能相容性设计和工作性能设计等，但设计理念和结果还需要进一步验证。

在航空陶瓷轴承材料匹配性设计方面，重点考虑轴承的抗疲劳能力匹配问题，过大的硬度差会导致轴承元件的过早疲劳和不对称疲劳。FAG研究结果显示，Si3N4陶瓷与M50NiL钢以及Cronidur 30钢组成的混合式陶瓷轴承性能匹配最佳。哈尔滨工业大学的长期研究结果则表明，通过材料配方与组分设计及轴承钢表面的2次改性处理技术，将陶瓷元件的硬度从高向低调整，将轴承钢滚道承载区域改性和表面改性适当提高，其寿命相应比全钢轴承延长1.5～2倍。

作为航空轴承的新型材料，航空陶瓷轴承还要经过大量的适应工作状况的试验。寿命验证试验是最基本的试验，还需要完成高速试验、极限温升试验、抗污染能力试验、断油试验和叶片脱落冲击试验等。经过大量的试验可以得到清晰的边界的各种参数，并为陶瓷轴承的设计提供科学依据。

航空陶瓷轴承的制造与质量控制技术

尽管Si3N4陶瓷在所有的工程陶瓷中具有优异的综合性能，但与轴承钢相比，其低韧性、高硬度和中等弯曲强度依然是陶瓷材料对损伤和缺陷敏感的致命弱点，因而低缺陷毛坯、低损伤加工工艺和无损检测是保障陶瓷轴承质量一致性和工作可靠性的最直接手段，即使是采用热等静压制造的氮化硅陶瓷滚动体亦如此，因此，高可靠性的陶瓷轴承需要100%的无损探伤来保证。陶瓷无损检测技术分为毛坯检测技术和成品检测技术，其中声发射共振技术和激光材料评价技术在高端应用中具有良好的前景。

氮化硅陶瓷球是氮化硅陶瓷轴承中重要的组成部分，氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳是衡量氮化硅陶瓷轴承性能的一个重要的性能指标，表面气孔数量、气孔尺寸、气孔分布均匀性、氮化硅陶瓷球表面粗糙度、氮化硅陶瓷球残余应力及润滑条件均对氮化硅陶瓷球滚动接触疲劳强度有较大影响。

氮化硅陶瓷球的制造过程可以分为四个阶段。第一阶段为氮化硅原料制备，即将氮化硅粉料与烧结助剂以一定的比例均匀混合。第二阶段为氮化硅陶瓷球的成型，常用的有挤出成型、注射成型、干法压制成型及注浆成型等成型方法。第三阶段为氮化硅陶瓷球致密化烧结，烧结方法有常压烧结、热压烧结、气压烧结与热等静压烧结。第四阶段为后处理研磨加工，即粗磨、精磨、粗研、精研和抛光。

由于存在夹杂、微型气孔和晶界玻璃相等，早期陶瓷材料的脆性始终是影响长寿命轴承失效模式和抗冲击能力的最直接因素之一。近年来，通过大量研究，发展了陶瓷毛坯的热等静压烧结技术，据中国粉体网小编了解，通过控制陶瓷粉体的纯度、粒径及其一致性、造粒过程与相成分等，使氮化硅陶瓷轴承的综合性能大幅度提高，抗弯强度和断裂韧性等关键指标都能满足要求，其相对密度可以达到99.9%以上，3点抗弯强度高于1000MPa，断裂韧性可达到8～9MPa·m1/2以上，大大优于滚动轴承的最低门槛值6MPa·m1/2。

航空陶瓷轴承技术发展趋势

航空轴承技术的发展历史表明，从M50到M50NiL、Cronidur 30，再到目前正在推广使用的氮化硅陶瓷材料，每次轴承材料的改进都推动着航空轴承技术的快速发展。陶瓷轴承以其优异的性能，能够为航空装备领域发展提供重要基础技术保障，高性能的陶瓷轴承将是应对航空装备高速化发展的有效技术途径之一。

未来航空陶瓷轴承的技术发展趋势包括：

高韧高强材料技术。 据中国粉体网小编了解，采用高纯、高球型度和粒径分布相对集中的氮化硅粉，经过脱氧和脱碳等预处理，去除粉体中的有害成分，进行热等静压烧结，通过工艺优化，提高烧结助剂分散均匀性和陶瓷晶粒长径比，可达到制备显微结构均匀、抗弯强度1000MPa以上、断裂韧性8～9以上的优质陶瓷毛坯材料。

低成本批量稳定生产技术。 陶瓷轴承的成本包括全寿命期研发费用、产品费用和维修费用，高成本依然是制约目前高端陶瓷轴承系统深入研究的影响因素，在应用中还主要依赖全钢轴承，同时高成本还源于主机技术复杂、对轴承需求批量小和可靠性要求高等特点。

轻质化结构，精确设计技术。 航空传动系统技术要求结构轻、可靠性高。为此基于轴承接触力学性能、热学性能、摩擦学性能匹配与分析、轴承动力学性能、轴承-转子系统动力学性能、轴承-基座结构力学分析的轴承精确设计技术依然是重点发展趋势；此外，通过极限性能的精确设计，发展先进的表面抗疲劳技术、高速高温固体润滑技术、脂润滑技术、C-C轻型保持架技术，改善轴承内部冲击，降低轴承发热，简化轴承润滑系统，可以进一步减少零件数量和减轻主机质量，这对有限寿命和异常情况下航空装备的安全将带来突破性技术变革。

陶瓷轴承的运行健康状态监控技术。 现代航空器的转速、温度和载荷越来越高，而轴承性能的波动和轴承失效都会导致严重的系统问题或者失效，智能健康监测系统是航空装备技术监测的总体发展趋势，轴承和齿轮的健康状态监测是其核心技术之一。

无损检测和可靠性评价技术。 陶瓷滚动体是多相烧结材料，其滚动接触疲劳寿命受原材料、工艺、工况和工作历史等参数明显影响，因此轴承寿命的离散度大，可靠性评价还存在技术困难。发展对表面和次表层缺陷和损伤的无损检测技术，特别是快速可靠的无损检测技术，控制陶瓷元件的成品质量，定量研究损伤模式和规律、极限抗损伤能力，建立可靠性评价模型，都是陶瓷轴承高可靠性应用的重点关注技术。

参考来源：

王黎钦等，高可靠性陶瓷轴承技术研究进展，哈尔滨工业大学

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到底要不要买陶瓷轴承？多名业内大佬谈陶瓷轴承

航空陶瓷轴承技术研究进展