氮化硅陶瓷球广泛应用于航空航天、半导体制造、医疗设备及新能源汽车等领域。其物理特性表现为密度低且硬度高；在作业性能上，具备耐高温、抗疲劳、低摩擦以及优异的绝缘性（可防止电腐蚀）；在制造精度方面，行业主流的G5级产品真圆度误差控制在0.13μm以内，表面粗糙度不超过0.014μm。

20世纪60-70年代，SKF荷兰工程研究中心开始评估陶瓷材料。1986年，SKF收购美国Marlin Rockwell Corp. (MRC)，后者在60年代末已开发第一代陶瓷轴承。此次收购使SKF获得MRC在高温、高速陶瓷轴承设计上的关键技术，包括滚道优化、保持架设计和固体润滑技术，这些技术最初用于喷气发动机主轴，需承受高温并确保高可靠性。

氮化硅陶瓷球的制备过程是先获得致密高强的陶瓷球烧结体毛坯，然后再对毛坯进行精密加工，从而达到要求的尺寸、圆度和粗糙度。制备过程一般包括原料制备、素坯成型、高温烧结和磨加工四个阶段。

原料粉体的制备

硅亚胺热解法是高效率制备高质量Si3N4原粉的最佳方法。该方法制备的Si3N4粉具有纯度高、α相含量高、结晶度高、氧含量低、粉体细小0.2μｍ～1.0μｍ）且粒度分布均匀等特点。日本宇部兴产株式会社使用该方法每年可生产数百吨高质量Si3N4粉体供应全球。

硅粉氮化法是制备商品级Si3N4原粉最成熟的方法，国内Si3N4粉体制造商多采用该法生产Si3N4原粉。由于氮化硅很难自己烧结到致密，一般需加入“烧结助剂”（如Y2O3，Al2O3，MgO等）促进产物形成。混合浆料经喷雾干燥获得造粒粉，是目前轴承级陶瓷球生产中常见的工艺路线之一。该方法的优点是成本相对低，适合规模性生产；缺点是该方法制得的粉体，其品质次于硅亚胺热解法制得的粉体的品质，具体表现为杂质含量更高和α相含量更低。

生胚成型

粉末成型的技术分为干法成型和湿法成型，干法成型具有成型效率高、成型周期短和胶含量低等优点，是Si3N4陶瓷球产业化的首选成型方式。干法成型包括干压成型和等静压成型，这两种成型方式都已在Si3N4陶瓷球的素坯成型领域被普遍应用。

干压成型又称为模压成型，该方法成型的素坯的尺寸精度和形状精度均较高，但坯体密度偏低，直接进行烧结往往无法烧结致密，因此，干压成型的素坯常需经过等静压二次补压以提高素坯密度。

高温烧结

Si3N4陶瓷球的烧结方式颇多且均已研究得相当成熟，其中适用于Si3N4陶瓷球批量生产的烧结方式有GPS和HIP。

GPS是针对陶瓷烧结而开发的烧结技术，该技术是指在一定气体气氛下进行烧结的烧结方法。一般通入的气体为氩气或氮气，且通入气体后烧结炉内达到的气压压力为1MPa～10MPa。该方法通入气体的主要作用是抑制氮化硅的热分解。采用GPS制备氮化硅轴承球是最普遍的烧结方法，其优点是可使用较低成本制备出性能好、形状复杂的产品，且成品率高，易实现批量化生产。

HIP也是一种气体辅助烧结的技术，不同于GPS的是烧结过程中所施加的气体压力较大，一般为100MPa～300Mpa。该方法通入气体的主要作用是促进晶粒迁移和重排，从而促进其致密化。因此，HIP所用的最高烧结温度低于GPS所用的最高烧结温度。

精密研磨与超精检验

Si3N4陶瓷球是对尺寸精度、形状精度以及表观质量等指标均有要求的精密元件，因此，Si3N4陶瓷球烧结体毛坯需经磨加工才能达到使用要求。由于陶瓷材料固有的高硬度、高脆性的特点，加上球体形状的限制，导致在抛光过程中容易造成凹坑、裂纹、雪花、擦伤、划伤等一系列的加工缺陷。传统的V型槽精加工方法主要采用金刚石磨料作为抛光介质，载荷大约为10N/球，抛光时间长，一批陶瓷球的加工周期需要12~15个星期，通常可以配合使用激光干涉仪或泰勒圆度仪进行检验。昂贵的金刚石磨料和漫长的加工周期使制造成本高居不下。

氮化硅陶瓷球是综合性能优于碳化硅、氧化铝等材料的高端陶瓷部件，兼具多维度优异特性。

氮化硅陶瓷球具备卓越的机械性能。氮化硅陶瓷球的莫氏硬度约为9.0、HRC硬度达78，为轴承钢的两倍多，耐磨性强；抗压强度可超过2.0GPa，弹性模量比钢高44%，既能适配高负载的研磨、运转环境，又能大幅减少受力变形，有效保障精度与耐用性。

在热学与化学方面，氮化硅陶瓷球具备同样突出的性能。耐高温能力强，氧化气氛中1200℃下可稳定工作，惰性气氛适配1400℃以上环境，即便在1050℃时，强度、硬度也几乎无衰减；热膨胀系数仅为钢的1/3，约3×10/℃，温度变化时尺寸稳定性优异，能避免部件因热胀冷缩损坏；同时对多数酸、碱、有机溶剂具备优异耐腐蚀性，还可减少电腐蚀，适配各类复杂工况。

在结构与表面精度方面，氮化硅陶瓷球的密度仅3.20g/cm³，是钢球的40%，高速运转时离心力更小，可减轻对轨道的碾压与磨损；球体温差可达±0.2μm，G5级产品的表面粗糙度≤0.014μm，搭配无孔隙、高致密的均匀材质，既保障了研磨过程中物料的低污染与均匀粒度分布，也能维持运转的一致性与重复性。

氮化硅陶瓷球还具备实用的功能特性。自润滑属性能够有效降低摩擦系数，使其可在无油、少油条件下工作，减少能耗与污染；同时不含金属离子，适配电子陶瓷、锂电池等高纯材料的加工场景；兼具电绝缘、无磁性的特点，即便是高湿环境下也不会与金属粘连，能适配各类高洁净、特殊工况需求。

氮化硅陶瓷球的下游应用

氮化硅陶瓷球重点应用于高端轴承部件领域，得到广泛使用。氮化硅陶瓷球是混合陶瓷轴承的核心组件，适配高速、苛刻工况的装备。在新能源汽车领域，随着电动汽车和混合动力汽车的普及，对轴承的性能要求越来越高。氮化硅陶瓷球轴承被应用于电机、变速器、轮毂等核心部位，以其卓越的耐磨性和低摩擦系数，有效降低能耗，减小运行噪音，提高车辆续航能力。

在航空航天领域，其耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性使得轴承能够在极端环境下保持稳定的性能，为飞行器的延长寿命、减重、高效运转安全飞行提供了有力支撑和可靠保障。

近期关于精密陶瓷球用于机器人传动部件的市场讨论度在持续提升，市场此前认为陶瓷球易碎，不适用于人形机器人的传动部件如滚珠丝杆。

但实际上根据相关论文描述，陶瓷球的：1）接触力与应力表现更优，极端工况承载稳定性突出；2）摩擦后运行噪音更低，动态运转稳定性更强；3）定位精准度更高，静动态位移控制更优。陶瓷球的适用性具备理论支撑。

产业持续陶瓷球应用于机器人丝杆传动部件的测试，相关公司力星股份与浙江荣泰也披露了相关的合作公告。

声明：本文所涉及个股或者公司仅代表与产业链或热点有关联，所引述的资讯、数据、观点均作为个人研究记录，提及个股、公司均作案例探讨，不构成任何买卖建议。

力星股份（300421）

公司目前有两种规格的氮化硅陶瓷球，应用于航空航天、高端医疗、新能源汽车、工业母机等高速高精度领域。 是国内唯一进入国际八大轴承制造商全球采购体系的内资企业，在轴承钢球行业具备显著竞争势。

目前公司重点开发的氮化硅陶瓷球产品处于小批量阶段。

国瓷材料（300285）

公司熟练掌握从粉体制备到陶瓷球制造的关键技术，所生产的高端氮化硅陶瓷球微观组织均匀，有利于提高高载荷下的疲劳寿命和可靠性，产品性能达到国际领先水平。

目前公司主要有四款陶瓷球产品，产品广泛应用在电子信息和通讯、汽车及工业催化、生物医疗、新能源汽车、半导体、建筑陶瓷、太阳能光伏等领域。公司初步完成了在全球高端陶瓷新材料领域的产业布局，成为国内重要的高端功能陶瓷材料制造商。

       原文标题 : 陶瓷球在精密传动件上的应用