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特斯拉為什麼要使用陶瓷球軸承?

陶瓷球是用陶瓷材料製作的圓球,可以分為結構陶瓷球和功能陶瓷球,在機械與催化領域有廣泛的應用。結構陶瓷球主要起到支撐作用,主要應用在軸承上。陶瓷雖然易碎,但是一些特殊結構的陶瓷具有極高的硬度,如氮化矽材料,其硬度僅次於金剛石,因而可以應用在軸承支撐上。

隨著時間的發展,陶瓷球的應用經歷了從軍用到民用的過程。從應用領域來講,隨著產業升級的變化,經歷了從傳統工業到應用在新型產業的變遷過程。

特斯拉為什麼要使用陶瓷球軸承?

新能源汽車對汽車軸承提出了更多新要求:

▨ 電機軸承相比傳統軸承轉速高,需要密度更低、相對更耐磨的材料;

▨ 由於電機的交變電流引起周圍電磁場變化,需要更好的絕緣性減小軸承放電產生的電腐蝕;

▨ 要求軸承球表面更光滑,較少磨損。

特斯拉為什麼要使用陶瓷球軸承?

陶瓷球具有低密度、高硬度、耐摩擦等特點,適宜高速旋轉工況,在高溫強磁高真空等領域,陶瓷球具有不可替代性。從幾乎沒有陶瓷軸承在汽車上使用,到2020年新能源汽車中5%的軸承已經被陶瓷軸承取代,在新能源汽車領域,陶瓷軸承取代鋼球軸承已經是一種趨勢。特斯拉設計的電機中輸出軸是採用混合陶瓷軸承,軸承滾珠採用氮化矽球組成;奧迪ATA250電機位於內部的2個轉子軸承採用陶瓷材質製成。

據測算,預計2025年,全球新能源汽車領域陶瓷球市場空間將接近40億元,2030年將接近200億元;預計2025年國內新能源汽車領域陶瓷球市場空間將接近13億元,2030年將超過100億元。

陶瓷軸承產業鏈由國外企業主導,

國產化正在加速!

高階陶瓷球一般需要同時實現三個關鍵技術指標,高精度(加工技術、G5以及更高)、長疲勞壽命(陶瓷技術)、好的表面質量(通常是幾百倍下沒有任何微觀缺陷)。

特斯拉為什麼要使用陶瓷球軸承?

要解決這三個問題,需要有優質的原料、穩定先進的陶瓷製作工藝和陶瓷球加工技術。

長期以來的行業現狀是上游高純粉末製備技術被UBE(宇部興產)等國外企業長期掌控,長疲勞壽命陶瓷球毛坯主要是COORSTEK和Toshiba主導,陶瓷球加工主要是ASK、椿中島等日系企業。COORSTEK、ASK等國外企業可達到G3精度(較G5等級更高)且有非常好的表面質量,而國內軸承球加工能力較差,同時缺乏有效檢測手段,很難穩定達到G5以上的精度,而且球表面質量差距更大。

國內企業發展速度較快,正在逐步縮小與國外企業的差距,特別是個別龍頭企業目前基本同時解決了陶瓷技術、加工精度和陶瓷球表面質量控制技術等關鍵問題。

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