一周解一惑系列：陶瓷球在精密传动件的应用优势、生产工艺及难点壁垒

陶瓷球在精密传动件的应用优势、生产工艺及难点壁垒 glmszqdatemark2025年12月20日 推荐 维持评级 本周关注：力星股份、杰瑞股份、精测电子、国机精工、瑞华泰 钙氮化硅陶瓷球综合性能卓越，具备轻质高强、稳定耐用的核心优势。其密度仅为钢球的40%，高速下离心力小，显著减磨；热膨胀系数低，确保在温度波动下尺寸稳定。材料硬度高、抗压强度优异，寿命可达普通轴承的2-3倍。同时，它耐受高温与腐蚀，能防止电腐蚀，适配复杂苛刻环境。结合尺寸精度与低表面粗糙度，陶瓷球运行平稳、噪音低、定位精准。这些特性使其成为新能源汽车电驱、航空航天、高端机床及机器人等领域实现高效、可靠与轻量化升级的关键部件。 氮化硅陶瓷球制备工艺主要包含四大核心环节：1）原料制备：采用喷雾干燥塔进行造粒，技术难点在于严格控制α-Si3N4的高含量以及烧结助剂的选择，防止高温性能下降；2）生坯成型：常规尺寸主要使用冷等静压机（CIP），难点在于消除生坯内部密度梯度以防止烧结变形，以及微型球体的成球圆度控制；3）高温烧结：核心设备为气压烧结炉及热等静压（HIP）机，这是最高技术壁垒，需在极端工况下消除微气孔并诱导针状晶体生长；4）精密研磨：主要依据传统的V型槽精加工方法并配合激光干涉仪全检，难点在于耗时数周去除表面变质层，并在不压碎微球的前提下打磨光滑。 分析师李哲执业证书：S0590525110028邮箱：lizhe_yj@glms.com.cn 分析师李思韦执业证书：S0590525110031邮箱：lisiwei@glms.com.cn 氮化硅陶瓷球技术演进、严苛工艺与高壁垒特性共同奠定了其应用基石。制造工艺涵盖超纯粉体制备、高精度成型、关键的热等静压烧结及亚微米级精密研磨与检测，每一环节均存在技术门槛，尤其是实现材料超高致密度与微观结构精确控制的热等静压技术，直接决定产品最终性能与可靠性。行业壁垒不仅体现在冷/热等静压机、智能检测系统等核心高端设备的依赖上，更深植于长期生产实践中积累的工艺诀窍、全流程缺陷诊断能力以及保障百万量级产品性能一致性的体系化控制经验，这构成了难以复制的综合护城河。 氮化硅陶瓷球作为高端陶瓷部件，综合性能优越，兼具高硬度、强耐磨性、强抗压、使用寿命长、耐高温、耐腐蚀、低密度、高表面精度及自润滑、电绝缘无磁性等多种卓越性能。凭借优异特性，氮化硅陶瓷球在多个高端领域有着重要应用，作为高端轴承核心组件，广泛用于新能源汽车和航空航天领域，有效降低能耗、提升续航，保障稳定运行；又聚焦人形机器人领域，作为滚珠丝杠关键部件，解决传统钢球易发热、磨损快等问题，有效减轻灵巧手重量、降低运动惯性与电机负荷，实现低噪音运行，进一步拓宽机器人应用场景。 相关研究 1．一周解一惑系列：钙钛矿电池催化密集落地，产业迎来加速-2025/11/302．人形机器人行业动态点评：特斯拉前灵巧手员 工 加 盟 小 米 ， 产 业 链 有 望 同 步 受 益-2025/11/303．一周解一惑：AI拉动先进逻辑及存储需求，半导体设备受益-2025/10/274．一周解一惑系列：全球AI数据指引视角，北 美 有 望 成 为 机 器 人 率 先 落 地 市 场-2025/10/095．一周解一惑系列：AI驱动PCB设备需求提升-2025/09/21 陶瓷球领域主要参与者包括力星股份、国瓷材料及日本椿中岛公司。力星股份主营 高 精 度 轴 承 钢 球 与 氮 化 硅 陶 瓷 球 ， 产 品 覆 盖 多 尺 寸 规 格 （0.4mm至30.163mm），具备轻量化、高硬度等性能，已进入SKF等国际供应链。国瓷材料作为平台型企业，其精密陶瓷板块涵盖氮化硅、氧化锆等多种陶瓷球产品，技术国际领先，销售增长迅速并积极拓展海外市场。椿中岛在特定尺寸段与细分市场存在竞争，其陶瓷球产品精度高，但力星股份在全尺寸段及综合竞争力方面仍具优势。 投资建议：关注已进入SKF等国际客户供应链的力星股份 风险提示：1）陶瓷球替代趋势不及预期；2）陶瓷球适配下游景气度不及预期 投资聚焦 研究背景 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。 区别于市场的观点/方法 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。 陶瓷球的市场壁垒要高于多数其他零部件环节，精度G3相比G5更有难度，同时精密陶瓷球的直径范围多为0.4-8mm，直径越小之后，可能会采用不同的制造工艺，以及精密陶瓷球应用与传动部件最早由瑞典SKF提出，因此是否有外资的技术交流合作，客户验证，都是侧面验证陶瓷球企业壁垒的重要依据。 近期催化 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。 结论与建议 关注已进入SKF等国际客户供应链的力星股份。 目录 1.1氮化硅陶瓷球技术起源与产业格局演变........................................................................................................................................41.2关键工艺流程......................................................................................................................................................................................5 2.1核心工艺难点：从超精密粉体到亚微米级加工的挑战.............................................................................................................102.2关键设备壁垒：高端压烧设备与智能检测系统.........................................................................................................................112.3经验积累：工艺诀窍与系统稳定性构成深度护城河.................................................................................................................12 3氮化硅陶瓷球的特点与主要应用............................................................................................................................15 3.1氮化硅陶瓷球的核心特点...............................................................................................................................................................153.2氮化硅陶瓷球的下游应用...............................................................................................................................................................163.3陶瓷球应用于滚珠丝杠的核心优势..............................................................................................................................................17 4.1力星股份............................................................................................................................................................................................194.2国瓷材料............................................................................................................................................................................................204.3日本椿中岛公司（TSUBAKI）......................................................................................................................................................20 插图目录..................................................................................................................................................................23 1氮化硅陶瓷球的技术起源与关键工艺流程 氮化硅陶瓷球是高端精密制造领域的核心部件，尺寸覆盖0.4-8mm范围，其中8mm为常规轴承用球，0.4mm微型球可适配牙科高速手机、微型陀螺仪等精密场景。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。 1.1氮化硅陶瓷球技术起源与产业格局演变 量产氮化硅陶瓷球技术的成熟并非一蹴而就，而是一部跨越半个世纪的材料科学进化史。其技术路线主要由欧美和日本的两大流派共同塑造，分别代表了“应用驱动”与“材料驱动”两种模式。 1.1.1欧美流派（SKF）：通过收购与实战验证，实现应用场景跨越 20世纪60年代至70年代，随着合成工程陶瓷技术的萌芽，SKF位于荷兰的工程研究中心（ERC）便启动了对陶瓷材料的评估。然而，真正奠定SKF在航空航天陶瓷轴承领域霸主地位的，是其在1986年对美国Marlin Rockwell Corp. (MRC)的战略收购。MRC此前一直是美国军方和NASA的重要供应商，早在60年代末就设计并测试了第一代陶瓷轴承。通过这次收购，SKF直接继承了MRC在高温、高速陶瓷轴承设计上的核心数据积累，包括滚道几何优化、保持架设计以及固体润滑技术。这些技术最初服务于喷气式发动机主轴，不仅要求高的可靠性，还需承受数百度的高温。 1984年，SKF成功演示了氮化硅轴承在500°C高温下使用固体润滑剂的长期运行能力，这在当