CN103030400B - 一种氮化硅增韧陶瓷球轴承滚动体的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮化硅增韧陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，属于陶瓷制备领域。该工艺包括陶瓷烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷球；研磨步骤各个研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高，对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少研磨时间的效果。利用工艺制备的氮化硅陶瓷球滚动体强度高、致密性好、韧性明显提高，且耐高温和耐磨优异，可广泛用作轴承的滚动体。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮化硅增韧陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，属于陶瓷制备领域。
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。
碳化硅晶须是一种很少缺陷的，有一定长径比的单晶纤维，它具有相当好的抗高温性能和很高强度。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。
陶瓷球的研磨一般包含粗磨、精磨和超精磨或抛光的步骤，在各个步骤中对陶瓷球进行一定程度的研磨，为了达到更好的研磨效果，需要对个阶段的研磨试剂进行合理使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种氮化硅增韧陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，该工艺包括陶瓷烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷球；研磨步骤各个研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高，对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少研磨时间的效果。利用工艺制备的氮化硅陶瓷球滚动体强度高、致密性好、韧性明显提高，且耐高温和耐磨优异，可广泛用作轴承的滚动体。
一种氮化硅增韧陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，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，过筛，将过筛后的粉料置于球磨机中球磨，
其中，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：
β-Si3N4 65%~85%
SiC晶须 10%~25%
烧结助剂 5%~10%；
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：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉于1600℃~1800℃，保温0.5h~2h，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，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，按下述方法进行：
I．粗磨：载荷压力5~20N/球；所用粗磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为20~100μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.6~0.7；
II．精磨：载荷压力1~5N/球；所述精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为1~10μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.7~0.75；
III．超精磨：0.1~1N/球；所述超精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为0.01~1μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.75~0.85。
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂与研磨基质的质量比为1:1~1:4；所述基质为水或煤油。
本发明所述工艺优选所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
本发明所述工艺优选所述烧结助剂选自Al2O3、MgO、Y2O3、ZrO2中的至少一种，进一步优选所述烧结助剂，按质量百分比，由下述组分组成：
Al2O3 60%
MgO 20%
Y2O3 20%。
本发明所述工艺优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：
β-Si3N4 70%~80%
SiC晶须 15%~25%
烧结助剂 5%~10%。
本发明所述氮化硅增韧陶瓷球的制备方法进一步优选下述技术方案：
一种氮化硅增韧陶瓷球的制备方法，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6h~10h；
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：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至1600℃~1800℃，保温0.5h~2h，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，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：本发明提供一种氮化硅增韧陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，该工艺包括陶瓷烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷球；研磨步骤各个研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高，对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少研磨时间的效果。利用工艺制备的氮化硅陶瓷球滚动体强度高、致密性好、韧性明显提高，且耐高温和耐磨优异，可广泛用作轴承的滚动体。
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6h~10h，
所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：
β-Si3N4 75%
SiC晶须 20%
烧结助剂 5%。
所述烧结助剂，按质量百分比，由下述组分组成：
Al2O3 60%
MgO 20%
Y2O3 20%。
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：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以80℃/min的速度升温至1700℃，保温1h，停止加热后随炉冷却至室温；
④研磨抛光：I．粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为20~100μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.65，金刚石颗粒中粒度为20~50μm的金刚石颗粒的质量至少占金刚石颗粒总质量的65%；
II．精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为1~10μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.7，金刚石颗粒中粒度为1~5μm的金刚石颗粒的质量至少占金刚石颗粒总质量的65%；
III．超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为0.01~1μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.75，金刚石颗粒中粒度为0.01~0.5μm的金刚石颗粒的质量至少占金刚石颗粒总质量的70%，
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
分散剂为聚乙二醇。将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨氮化硅陶瓷球，所得陶瓷球的球度为0.05μm，表面粗糙度0.005μm。
Claims (2)
1.一种氮化硅增韧陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，其特征在于：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，过筛，将过筛后的粉料置于球磨机中球磨，
其中，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：
β-Si3N4 65%～85%
SiC晶须 10%～25%
烧结助剂 5%～10%；
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：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉于1600℃～1800℃，保温0.5h～2h，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，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，按下述方法进行：
I.粗磨：载荷压力5～20N/球；所用粗磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为20～100μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.6～0.7；
II.精磨：载荷压力1～5N/球；所述精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为1～10μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.7～0.75；
III.超精磨：0.1～1N/球；所述超精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为0.01～1μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.75～0.85；
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂与研磨基质的质量比为1:1～1:4；所述基质为水或煤油，
所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：
上述各个组分质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述烧结助剂选自Al2O3、MgO、Y2O3、ZrO2中的至少一种。
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