航天動力的先進汽油渦輪發(fā)動機已經(jīng)處于設(shè)計階段。這些發(fā)動機將具有非常高的效率，而且在很多例子中，能使航天飛機的速度超過3馬赫。這些發(fā)動機的主軸軸承的工作條件要求非常高?？梢灶A(yù)測到，主軸轉(zhuǎn)速超過30000r/min，而軸承的溫度超過650°C。

在需要有較長的軸承壽命的用途中，對于采用液體潤滑的鋼制軸承來說，目前的溫度極限是200°C。對于軸承壽命短的應(yīng)用中，有可能達到450°C。即使使用在技術(shù)上最先進的液體潤滑劑和金屬合金，在軸承工作極限壽命中，軸承的工作溫度是500°C。

越過常規(guī)軸承的設(shè)計理念，利用最新的研究成果應(yīng)用到高溫材料和固體潤滑劑的新想法是需要的。在目前的溫度極限下，預(yù)計極高的工作溫度（800°C -900°C）是不可能達到的。陶瓷軸承帶來了能提高工作溫度達到相當于650°C的希望，但是發(fā)生在高速高溫陶瓷滾動軸承中的摩擦的相互作用是復(fù)雜和變化的。軸承和潤滑劑材料的有效選擇取決于他們熱量的、物理的、化學(xué)的和機械的特性，也包括應(yīng)用的工作環(huán)境和工程技術(shù)約束。

滾動體和滾道的材料

對于高溫軸承的滾動體和滾道，評價材料的最重要標準是高溫強度（硬度），機械特性和氧化性。工具鋼是目前制造航天發(fā)動機軸承的最常用材料，它的實際溫度極限大約是400°C。在這種溫度下，正常軸承用鋼會快速失去硬度。

超高溫軸承是一組高性能陶瓷材料。在溫度高于1100°C時，這些陶瓷材料比常規(guī)的軸承工具鋼具有更高的硬度。在過去的10年里，開發(fā)了一種具有高速高溫的陶瓷材料制成的滾動軸承：熱壓的或熱等靜壓的氮化硅。當有足夠的潤滑劑的時候，氮化硅是合用的，因為具有好的高溫強度和硬度，在強度/重量關(guān)系上有優(yōu)勢，而且還能具有極好的防止?jié)L動體發(fā)生疲勞性能。

然而，氮化硅有缺點，包括較低的抗拉強度，較低斷裂韌度和非常低的熱膨脹系數(shù)。由于具有這些性能，在陶瓷軸承的制造和應(yīng)用方面需要做大量的開發(fā)工作。

其他的陶瓷材料，例如碳化硅和碳化鈦，已經(jīng)被評為合適的滾動體和滾圈的材料。盡管不像氮化硅那么普及和成熟，它們確實具有某些能夠使其成為高溫滾動軸承備選材料的性能。例如，在做40000r/min的軸承測試中，把碳化硅作為滾動體的材料，雖然溫度沒有達到極限，但是它已經(jīng)超過了液體潤滑劑的范圍。潤滑系統(tǒng)僅僅包含了一層固體潤滑劑膜。

碳化硅有利于在高溫軸承中應(yīng)用的性能是其良好的導(dǎo)熱率和熱擴散率，抗氧化性和高純度（性能幾乎不受雜質(zhì)的影響）。這種材料的一個缺點是它具有較高的彈性模量。它的彈性模量比熱壓氮化硅高出50%，因為高赫茲接觸應(yīng)力的危險，使這一特性作為一個潛在的問題。

固體潤滑劑

值得注意的是，對于大多數(shù)的合成潤滑劑，它的溫度極限幾乎等于最先進的軸承用鋼的溫度。對于未來渦輪發(fā)動機，計算的工作溫度是大大超過了這些材料的溫度極限。唯一的解決辦法就是利用非常規(guī)的潤滑劑。

如果滾動軸承充分潤滑劑和并且有良好的密封性，阻擋污染物進入，軸承的壽命一般取決于材料的疲勞極限。如果不能采用液體潤滑劑，則有必要采用某種形式的邊界潤滑來減少摩擦熱和磨損。軸承接觸部分表面形成的氧化層可以提供有限周期的潤滑。

當選擇了固體潤滑劑之后，發(fā)現(xiàn)困難在于找到一種復(fù)合物，它的耐熱和抗氧化性都超過溫度范圍，例如，從-50°C到+980°C。在低溫條件下工作良好的固態(tài)潤滑劑經(jīng)常會在高溫情況下被損壞或變得有磨蝕性，反之亦然。

潤滑膜的重要性怎么強調(diào)都不過分，即使采用陶瓷材料時也是這樣。無潤滑的氮化硅或碳化硅既沒有固有的低摩擦性，也沒有良好的抗磨損性。這些特性可以通過與材料相適宜的固態(tài)潤滑劑的幫助而獲得。用包含高溫添加劑的石墨潤滑氮化硅，可以形成一層減小摩擦系數(shù)的摩擦化學(xué)膜，因此，便減少了熱量的產(chǎn)生。摩擦力的減小取決于：油膜與基體材料相比，它是否更容易被撕裂。

對于工作在超高溫—--高于550℃情況下的軸承，更要考慮較之于石墨潤滑劑更具熱穩(wěn)定性的固態(tài)潤滑劑。在充分理解各式各樣元件之間的摩擦學(xué)關(guān)系的前提下，來進行復(fù)雜潤滑系統(tǒng)的開發(fā)，如：高溫潤滑劑，陶瓷制軸承，是絕對必要的。