CN103387394A - 一种高精度陶瓷球制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种高精度陶瓷球制备方法，采用烧结、粗磨、精磨、初研、精研步骤制备而成，其烧结步骤是以Si₃N₄为主要原料，以Y₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、CeO₂的混合物为混合添加剂，将Si₃N₄与混合添加剂混合均匀，干燥完全后干压成型为陶瓷球坯体，再将陶瓷球坯体在200MPa压力下冷等静压进一步密实，成型后的陶瓷球坯体埋入玻璃粉料中，使用氮气作为加压介质，利用各向均等的静压力压制，形成烧结好的陶瓷球球坯。本发明的优点在于；将氮化硅采用热等静压烧结成型，使用氮气作为加压介质，集热压和等静压的优点于一身。具有硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点。

Description

一种高精度陶瓷球制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷球制备技术领域，特别涉及一种高精度陶瓷球制备方法。

背景技术

目前，商场上的工业用球主要有金属球和陶瓷球两种球体，相比于金属球体，陶瓷球的应用领域更广阔，适合于更为恶劣的环境。

陶瓷球体的特性为：硬度高，与金属相比脆性较大，加工困难。陶瓷球加工存在如下主要问题：材料特殊，需烧结成型，难度大；陶瓷球表面能低，研磨介质和磨料附着性差，影响陶瓷球加工效率、球表面粗糙度和批直径变动量；陶瓷球在研磨盘沟道中自转性差，影响陶瓷球的加工精度，特别是球形误差；磨料种类及其技术条件要进行合理选择；批量加工工艺参数要进行优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述陶瓷球加工工艺所存在的诸多技术问题而提供一种高精度陶瓷球制备方法，该方法能制备具有硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点的高精度陶瓷球。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种高精度陶瓷球制备方法，选用氮化硅材料，采用烧结、粗磨、精磨、初研、精研步骤制备而成，其特征在于：

所述烧结步骤是以Si₃N₄为主要原料，以Y₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、CeO₂的混合物为混合添加剂，Si₃N₄与混合添加剂的质量比为100∶4，其中Si₃N₄粉中Si₃N₄含量≥95%,中位粒径D₅₀≤1μm，氧含量≤2%，添加剂中Y₂O₃的含量质量百分比为50%、Al₂O₃的含量质量百分比为20%、La₂O₃的含量质量百分比为20%、CeO₂的含量质量百分比为10%；将Si₃N₄与混合添加剂混合均匀后，干燥完全后在2MPa压力下干压成型为陶瓷球坯体，再将陶瓷球坯体在200MPa压力下冷等静压进一步密实，成型后的陶瓷球坯体埋入组成为SiO₂72%、B₂O₃13%、Al₂O₃5%、Na₂O₄9%、K₂O0.8%、CaO0.2%的玻璃粉料中，于压力120～125MPa、温度为1750℃～1850℃的温度下使用氮气作为加压介质，利用各向均等的静压力压制5～6分钟后，形成烧结好的陶瓷球球坯；

所述粗磨步骤是采用硬度大于230HB的铸铁磨球板，开始选用粒度为80^#的碳化硅，当该工序加工尺寸剩余0.15mm时换用W40碳化硅，磨剂为普通研磨液和水，配比为1∶1，FM_型-1型复合研磨液，让烧结好的陶瓷球球坯在铸铁磨球板之间进行粗磨，粗磨时磨球盘转速为48～170r/min,铸铁磨球板加载的压力为2～3MPa，粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于1.6μm，球形误差小于1μm；

所述精磨步骤是采用硬度为210～240HB的铸铁磨球板，磨料选用W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让粗磨好的陶瓷球在铸铁磨球板之间进行精磨，精磨时磨球盘转速为48～120r/min,铸铁磨球板加载的压力为2～3MPa，粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0.4μm，球形误差小于1μm；

所述粗研步骤是采用硬度为190～220HB的铸铁研磨板，磨料W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让精磨好的陶瓷球在铸铁研磨板之间进行粗研，粗研时研磨盘转速为20～60r/min,铸铁研磨板加载的压力为1～2.5MPa，粗研后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0.08μm，球形误差小于0.25μm；

所述精研步骤是采用硬度为190～220HB的铸铁研磨板，磨料W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让粗研好的陶瓷球在铸铁研磨板之间进行粗研，粗研时研磨盘转速为15～30r/min,铸铁研磨板加载的压力为1～2.5MPa，粗研后，陶瓷球的表面质量和精度达到G10或G5级标准。

由于采用了上述技术方案，本发明的优点在于；将氮化硅采用热等静压烧结成型，使用氮气作为加压介质，集热压和等静压的优点于一身。采用特殊的配方，使得陶瓷球致密，性能优良，具有硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点。

具体实施方式

一种高精度陶瓷球制备方法，选用氮化硅材料，采用烧结、粗磨、精磨、初研、精研步骤制备而成，其中：

烧结步骤是以Si₃N₄为主要原料，以Y₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、CeO₂的混合物为混合添加剂，Si₃N₄与混合添加剂的质量比为100∶4，其中Si₃N₄粉中Si₃N₄含量≥95%,中位粒径D₅₀≤1μm，氧含量≤2%，添加剂中Y₂O₃的含量质量百分比为50%、Al₂O₃的含量质量百分比为20%、La₂O₃的含量质量百分比为20%、CeO₂的含量质量百分比为10%；将Si₃N₄与混合添加剂混合均匀后，干燥完全后在2MPa压力下干压成型为陶瓷球坯体，再将陶瓷球坯体在200MPa压力下冷等静压进一步密实，成型后的陶瓷球坯体埋入组成为SiO₂72%、B₂O₃13%、Al₂O₃5%、Na₂O₄9%、K₂O0.8%、CaO0.2%的玻璃粉料中，于压力120～125MPa、温度为1750℃～1850℃的温度下使用氮气作为加压介质，利用各向均等的静压力压制5～6分钟后，形成烧结好的陶瓷球球坯；

粗磨步骤是采用硬度大于230HB的铸铁磨球板，开始选用粒度为80^#的碳化硅，当该工序加工尺寸剩余0.15mm时换用W40碳化硅，磨剂为普通研磨液和水，配比为1∶1，FM_型-1型复合研磨液，让烧结好的陶瓷球球坯在铸铁磨球板之间进行粗磨，粗磨时磨球盘转速为48～170r/min,铸铁磨球板加载的压力为2～3MPa，粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于1.6μm，球形误差小于1μm；

精磨步骤是采用硬度为210～240HB的铸铁磨球板，磨料选用W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让粗磨好的陶瓷球在铸铁磨球板之间进行精磨，精磨时磨球盘转速为48～120r/min,铸铁磨球板加载的压力为2～3MPa，粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0.4μm，球形误差小于1μm；

粗研步骤是采用硬度为190～220HB的铸铁研磨板，磨料W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让精磨好的陶瓷球在铸铁研磨板之间进行粗研，粗研时研磨盘转速为20～60r/min,铸铁研磨板加载的压力为1～2.5MPa，粗研后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0.08μm，球形误差小于0.25μm；

精研步骤是采用硬度为190～220HB的铸铁研磨板，磨料W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让粗研好的陶瓷球在铸铁研磨板之间进行粗研，粗研时研磨盘转速为15～30r/min,铸铁研磨板加载的压力为1～2.5MPa，粗研后，陶瓷球的表面质量和精度达到G10或G5级标准。

Claims (1)

1.一种高精度陶瓷球制备方法，选用氮化硅材料，采用烧结、粗磨、精磨、初研、精研步骤制备而成，其特征在于：

所述烧结步骤是以Si₃N₄为主要原料，以Y₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、CeO₂的混合物为混合添加剂，Si₃N₄与混合添加剂的质量比为100∶4，其中Si₃N₄粉中Si₃N₄含量≥95%,中位粒径D₅₀≤1μm，氧含量≤2%，添加剂中Y₂O₃的含量质量百分比为50%、Al₂O₃的含量质量百分比为20%、La₂O₃的含量质量百分比为20%、CeO₂的含量质量百分比为10%；将Si₃N₄与混合添加剂混合均匀后，干燥完全后在2MPa压力下干压成型为陶瓷球坯体，再将陶瓷球坯体在200MPa压力下冷等静压进一步密实，成型后的陶瓷球坯体埋入组成为SiO₂72%、B₂O₃13%、Al₂O₃5%、Na₂O₄9%、K₂O0.8%、CaO0.2%的玻璃粉料中，于压力120～125MPa、温度为1750℃～1850℃的温度下使用氮气作为加压介质，利用各向均等的静压力压制5～6分钟后，形成烧结好的陶瓷球球坯；

所述粗磨步骤是采用硬度大于230HB的铸铁磨球板，开始选用粒度为80^#的碳化硅，当该工序加工尺寸剩余0.15mm时换用W40碳化硅，磨剂为普通研磨液和水，配比为1∶1，FM_型-1型复合研磨液，让烧结好的陶瓷球球坯在铸铁磨球板之间进行粗磨，粗磨时磨球盘转速为48～170r/min,铸铁磨球板加载的压力为2～3MPa，粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于1.6μm，球形误差小于1μm；

所述精磨步骤是采用硬度为210～240HB的铸铁磨球板，磨料选用W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让粗磨好的陶瓷球在铸铁磨球板之间进行精磨，精磨时磨球盘转速为48～120r/min,铸铁磨球板加载的压力为2～3MPa，粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0.4μm，球形误差小于1μm；

所述粗研步骤是采用硬度为190～220HB的铸铁研磨板，磨料W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让精磨好的陶瓷球在铸铁研磨板之间进行粗研，粗研时研磨盘转速为20～60r/min,铸铁研磨板加载的压力为1～2.5MPa，粗研后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0.08μm，球形误差小于0.25μm；

所述精研步骤是采用硬度为190～220HB的铸铁研磨板，磨料W40碳化硅，磨剂选用金刚石研磨液，让粗研好的陶瓷球在铸铁研磨板之间进行粗研，粗研时研磨盘转速为15～30r/min,铸铁研磨板加载的压力为1～2.5MPa，粗研后，陶瓷球的表面质量和精度达到G10或G5级标准。