轴承是一切旋转机械的灵魂，被称为机械工业的“芯片”。如果世界上没了轴承，基本全部高端装备及精密仪器都得罢工，如航空发动机、精密机床、高铁、风力发电、电动汽车等。

氮化硅混合轴承

谈到轴承，先进陶瓷行业的人们必然会想到一种与它紧密相连的材料——氮化硅(Si₃N₄)。因具备密度小、硬度高、耐高温、耐腐蚀、电绝缘、不导磁、抗压强度高、自润滑性能好等诸多优点，氮化硅又被称为“陶瓷王”。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、性能最优异、应用最广泛的高端陶瓷轴承。

一、自行车中的氮化硅陶瓷球轴承

上方夸了氮化硅陶瓷球轴承那么多，大家是不是都认为如此高端的材料必须只能用在军工或者风力发电等民用高端领域？其实也不一定，比如说在自行车中也是可以使用的，以下就是它的一些应用形式，多数出现在公路自行车及山地自行车中。

①陶瓷中轴

中轴，是安装在自行车五通位置的轴承，是支撑牙盘曲柄组旋转、降低摩擦系数的重要部件。它是找到陶瓷轴承最常见的地方之一，CeramicSpeed、C-Bear、Wheels Manufacturing和 FSA 等品牌提供了各种陶瓷轴承的中轴标准，或替代钢轴承的陶瓷轴承套件的升级选项。

陶瓷中轴是一种相当普遍的升级方式

②花鼓陶瓷轴承

花鼓也是在自行车上使用陶瓷轴承最流行的地方之一。花鼓的轴承分为培林和珠挡两种结构，培林实际上是一种封装好的滚珠轴承，装配时直接塞进花鼓即可，而珠挡结构需要一颗颗滚珠进行装配，培林结构一般用于中高端轴承。

许多品牌提供带有标准钢制轴承或陶瓷轴承的花鼓或轮组。就像底架一样，也有套件可以将现有的钢制轴承换成陶瓷轴承

③陶瓷轴承后拨导轮

将后变速器上的滑轮（也称为骑轮）升级为陶瓷轴承可以优化速度后拨链器，是减少能损耗的途径之一，将标准滑轮换成超大的滑轮也是如此。

CeramicSpeed的OSPW超大陶瓷滑轮系统已经成为pro peloton中相当常见的景观

④陶瓷碗组

碗组是位于前叉立管和车架之间的轴承，也分为培林和珠挡结构。为什么选择陶瓷碗组轴承？毕竟，在这里节省瓦特并不是一个优先事项。但陶瓷轴承声称的无腐蚀性和持久的特性才是重要的，这可能有助于减少碗组维修和最终更换的频率。

二、氮化硅陶瓷球轴承的优缺点

事实上，要不要在自行车中使用氮化硅轴承一直是个比较有争议的话题。与钢球轴承相比，氮化硅陶瓷球轴承的性能必然是能胜过前者的，比如说重量轻、极限转速高、摩擦力矩小、运转精度好、使用寿命长等，总结就是能让自行车运动部件更轻松地转动起来，而且维护成本更低。

当然，氮化硅陶瓷球轴承还是有“缺点”的，就是贵。有人认为，虽然陶瓷轴承确实减轻了重量（它们可以比钢轴承轻 50%），但从整辆自行车的角度来看，重量的减轻几乎完全可以忽略不计，但要拥有它们却要付出比钢轴承多十倍的金钱，如CeramicSpeed为螺纹车架五通设计的BSA外置旋入式中轴要价高达298英镑。

氮化硅陶瓷球不仅是看起来像鱼子酱，价格也很像

说了这么久还没正式介绍一下CeramicSpeed，有些不应该。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。而氮化硅陶瓷球到底为什么这么贵，CeramicSpeed的高级技术和销售教育专家 Paul Sollenberger其实有在一次访谈中给出过答案——他谈到，CeramicSpeed的氮化硅陶瓷球制造过程足足要60-70天，具体内容可看下方（数据仅代表CeramicSpeed本身）：

1、与大多数陶瓷制品一样，氮化硅球也用粉体制造，然后通过热等静压制成氮化硅毛坯球，该过程约30小时，使材料接近所需的最终尺寸。接着进行同样时间的冷却和压力释放阶段，以阻止轴承破碎或变脆。

（注：氮化硅毛坯球的制造技术对氮化硅陶瓷球的后续加工过程影响很大，毛坯球的尺寸公差及表面质量将决定着陶瓷球最终质量）。

2、轴承球冷却完毕后将进行磨削加工，CeramicSpeed在该工序需要大约30天，这个过程将消除模具线，并使其更接近所需的最终尺寸。

3、最后阶段是抛光，轴承球置于抛光液中以消除任何进一步的凸起部分，最后进行水抛光。Sollenberger称：“这提供了‘最平滑的表面光洁度和0.001毫米以内的精确球形度’”。

看看CeramicSpeed氮化硅陶瓷轴承的表现

三、氮化硅陶瓷球轴承在自行车市场受欢迎吗？

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。The Rider Firm的经理 Ollie Gray说：“这听起来可能不是很多，但如果你问任何职业骑手，他们都会告诉你节省的10瓦可能就会导致不同的结果，尤其是在计时赛或单人突围赛中。”

因此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。

不过既然有捧场的自然也会有反对的声音。首先当然是“太贵”的问题，英国零部件制造商Hope的Alan Weatherill认为：“氮化硅陶瓷球轴承的运行摩擦力小，在以20000 rpm运行的工业应用中确实可提供显着的优势。但当陶瓷轴承只是以300 rpm的转速运作时（如自行车花鼓），这种效率的细微提升对功率输出产生的影响其实是微乎其微的。对比起大幅增加的成本而言，显然是不值当的。”

Edco轮组的首席执行官，转子动力学专家Paul Lew也支持Hope的观点，同时他提到，一辆公路车理应能够应付各种环境，比如有尘土、甚至雨天，这些都不符合陶瓷轴承球的适用条件。

总之在自行车届，陶瓷轴承在受到一些人的追捧同时，也有人对它不屑一顾，您又是怎么看呢？

 

资料来源：

吴承伟,张伟,李东炬. 超精密高性能氮化硅轴承研究现状与应用[J]. 精密制造与自动化,2020(1):1-3,11.

Are ceramic bearings actually worth it? By Stan Portus

 

粉体圈 Nana整理

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