CN103030399B - 一种高致密度复合陶瓷球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高致密度复合陶瓷球的制备方法，属于陶瓷制备领域。一种高致密复合陶瓷的制备方法，包括混料、球磨和烧结的步骤所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：β-Si₃N₄：70%~90%，A1N：5%~25%，BN：1%~3%，Y₂O₃：0.1%~1%，CaF₂：0.1%~1%。该制备方法可以实现在常压下烧结氮化硅-氮化铝-立方氮化硼复合陶瓷材料，同时步骤简单、方便易行。利用该方法制备的氮化硅陶瓷强度高、致密性好、耐高温和耐磨优异，可广泛用于各种对材料强度要求高的领域，尤其适用于制作轴承滚动体。

Description

一种高致密度复合陶瓷球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高致密度复合陶瓷球的制备方法，属于轴承滚动体制备领域。

背景技术

球轴承是滚动轴承的一种，球滚珠装在内钢圈和外钢圈的中间，能承受较大的载荷。陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等特点，特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体。

立方氮化硼陶瓷均有良好的耐热性、热稳定性、导热性，是理想的散热材料和高温绝缘材料。氮化硼的化学稳定性好，能抵抗大部分熔融金属的浸蚀。它也有很好的自润滑性。然而其硬度较其他高强度陶瓷低，适用于制作高温轴承。然而立方氮化硼陶瓷的烧结条件极其苛刻，为了降低其烧结温度和条件，需要在烧结过程中加入其他烧结助剂。

氮化硅陶瓷具有极高的强度很高且极耐高温，其强度在1200℃的高温不下降，受热后不会熔成融体，同时，其耐化学腐蚀性能优异，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀氮化硅陶瓷的烧结工艺一般为三种：热等静压（HIP）、热压（HP）和气氛压力烧结。气氛烧结的压力为5~10MPa，热压烧结的压力为70Mpa左右，热等静压的烧结的压力为150MPa~200MPa。

为了增强氮化硅陶瓷的导热性及自润滑性，需要提供一种多相复合陶瓷材料，并降低烧结压力，实现无压烧结。

发明内容

本发明的目的是提供一种高致密度复合陶瓷球的制备方法，该制备方法可以实现在常压下烧结氮化硅-氮化铝-立方氮化硼复合陶瓷球材料，该制备方法可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷球，该氮化硅陶瓷球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等，可广泛用作轴承的滚动体。

一种高致密度复合陶瓷球的制备方法，包括陶瓷原料制备、制坯成形、烧结和研磨抛光的步骤，按下述工艺步骤进行：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过筛，将过筛后的粉料置于球磨机中球磨；

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：氮气气氛中，将粉料置于模具中，在1500℃~1750℃保温2h~6h，停止加热后随炉冷却至室温；

④研磨抛光：将所得陶瓷球进行研磨和抛光；

其中，步骤①中所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述高致密度复合陶瓷球的制备方法优选陶瓷所述步骤①按下述工艺进行：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛，将过筛后的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨2h~6h。

本发明所述高致密度复合陶瓷球的制备方法优选所述步骤③按下述工艺进行：氮气气氛中，将粉料置于模具中，在烧结炉中以10~20℃/min的速度升温至1500℃~1750℃，保温2h~6h，停止加热后随炉冷却至室温，其中氮气流速为1~5L/min。

本发明所述高致密度复合陶瓷球的制备方法优选所述步骤④，按下述方法进行：将陶瓷球首先进行研磨加工，随后将进行研磨加工后的工件进行抛光，陶瓷球的球度不超过0.07微米，表面粗糙度不超过0.008微米。

本发明所述高致密度复合陶瓷球的制备方法优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述高致密度复合陶瓷球的制备方法进一步优选下述方案：

一种高致密复合陶瓷球的制备方法，包括下述工艺步骤：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛，将过筛后的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨2h~6h；

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：氮气气氛中，将粉料置于模具中，在烧结炉中以10~20℃/min的速度升温至1500℃~1750℃，保温2h~6h，停止加热后随炉冷却至室温，其中氮气流速为1~5L/min；

④研磨抛光：将陶瓷球首先进行研磨加工，随后将进行研磨加工后的工件进行抛光，陶瓷球的球度不超过0.07微米，表面粗糙度不超过0.008微米。

本发明的有益效果是：本发明提供一种高致密复合陶瓷球的制备方法，包括陶瓷原料制备、制坯成形、烧结和研磨抛光的步骤，按质量百分比，由下述组分组成：β-Si₃N₄：70%~90%，AlN：5%~25%，BN：1%~3%，Y₂O₃：0.1%~1%，CaF₂：0.1%~1%。该制备方法可以实现在常压下烧结氮化硅-氮化铝-立方氮化硼复合陶瓷球，同时步骤简单、方便易行。利用该方法制备的氮化硅陶瓷球强度高、致密性好、耐高温和耐磨优异，可广泛用于各种对材料强度要求高的领域，尤其适用于制作轴承滚动体。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，将过筛后的粉料置于球磨机中，于300r/min的速度球磨5h；

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：氮气气氛中，将粉料置于模具中，在烧结炉中以15℃/min的速度升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温，其中氮气流速为2L/min；

④研磨抛光：将陶瓷球首先进行研磨加工，随后将进行研磨加工后的工件进行抛光，陶瓷球的球度为0.05微米，表面粗糙度为0.005微米。

Claims (1)

1.一种高致密度复合陶瓷球的制备方法，其特征在于：包括陶瓷原料制备、制坯成形、烧结和研磨抛光的步骤，按下述工艺步骤进行：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过120目筛，将过筛后的粉料置于球磨机中，于300r/min的速度球磨5h；

②压制成形：将步骤①所得粉料置于模具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：氮气气氛中，将粉料置于模具中，在烧结炉中以15℃/min的速度升温至1750℃，保温3h，停止加热后随炉冷却至室温，其中氮气流速为2L/min；

④研磨抛光：将陶瓷球首先进行研磨加工，随后将进行研磨加工后的工件进行抛光，陶瓷球的球度为0.05微米，表面粗糙度为0.005微米。