轴承是一种关键基础部件，广泛应用于航空发动机、精密机床、高速列车等高端装备中。轴承的性能直接影响着高端装备的精度、寿命、转速、承载能力、耐温能力、稳定性、可靠性等关键指标。随着高端装备服役工况越来越复杂，如何设计、制造和使用轴承等关键技术成为了一个难题。
航空发动机设计中轴承技术代表着发动机极限速度、耐温性和可靠性水平的高低，轴承材料和技术更是占据了90%~95%以上的比重。可见，高性能轴承在极端工况下的重要性。因此，在材料性能、轴承设计、制造和使用等核心技术领域的研究已经成为解决当前高性能轴承关键技术问题的突破口。
随着高端设备技术的发展，轴承的使用环境也变得越来越复杂，目前主流的轴承钢已经无法满足要求。陶瓷球轴承具有高硬度、高强度、高温耐性、低热膨胀系数和低摩擦系数等优良性能，因此在高端设备领域得到了应用。近年来，随着材料研究的深入和市场需求的增长，陶瓷球轴承的应用场景不断扩展，已经涉及到航天航空、卫星、机床、汽车、半导体装置和真空机械等多个领域。
作为解决轴承在极端工况下服役的核心关键部件，陶瓷球轴承的材料制备、设计理论和制造工艺等关键技术的发展水平对其在极端工况下的服役行为起到决定性作用。
陶瓷球轴承的结构特点和类型与其服役工况和装备需求密切相关。随着陶瓷球轴承应用领域的不断扩大，已开发出了适应不同技术领域极端工况的不同类型的陶瓷球轴承。陶瓷球轴承可以分为混合陶瓷球轴承和全陶瓷球轴承两大类，其中全陶瓷球轴承是指轴承内外圈和滚动体均由陶瓷材料制成，而混合陶瓷球轴承指的是仅滚动体零件由陶瓷材料制成。混合陶瓷球轴承具有寿命长、精度高、刚度高和转速高等特点，可在绝缘、无润滑、高速、腐蚀和真空等特殊条件下使用。
陶瓷球轴承的材料主要包括氮化硅（Si3N4）、氧化锆（ZrO2）和氧化铝（Al2O3）等。其中，Si3N4是目前广泛使用的材料。氮化硅陶瓷材料具有优越的特性，广泛应用于数控机床和高速精密机械。Si3N4陶瓷球的制备过程包括粉体制备、成型、烧结和精密加工等。
在制备陶瓷球的过程中，粉体的合成方法主要有硅粉氮化法和化学合成法，其中硅粉氮化法在国内得到了广泛应用。成型方面，随着陶瓷粉体制备技术的提高，对坯体成型方法的要求也越来越严格。烧结过程中，烧结助剂的选择和用量以及烧结温度、保温时间和烧结方法等因素会影响Si3N4坯体的致密化程度。精密加工方面，Si3N4陶瓷的硬度较高，对超精密研磨加工、研磨剂研制和研磨设备研发等提出了挑战。
陶瓷球轴承的设计理论是指在超高速和润滑不充分等情况下，通过优化设计考虑以下几个方面：降低旋滚比，提高刚度，减小接触应力并增加额定载荷。
陶瓷球轴承的零部件精密加工技术主要包括高精密陶瓷球的制造和陶瓷球轴承套圈的加工。陶瓷球的研磨加工是制造精密陶瓷球的关键技术之一。而陶瓷球轴承套圈的加工技术由于陶瓷材料本身的硬脆特性而变得更加复杂。
当前，Si3N4陶瓷球轴承已经成为一些航空器和火箭发动机的标配轴承。随着高端装备中的服役环境和工况的不断变复杂化，Si3N4陶瓷球轴承的发展趋势也更加明确。未来的发展方向包括开发高性能Si3N4材料、设计理论的完善、零部件的精密加工技术、绿色润滑技术以及轴承的健康监测技术。
