CN111533561A - 氮化硅基陶瓷球及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化硅基陶瓷球及其制备方法和应用,所述的氮化硅基陶瓷球为在氮化硅陶瓷球表面沉积一层碳化硅层。本发明的氮化硅基陶瓷球,与未沉积碳化硅层的氮化硅球相比,在强酸强碱且运动摩擦的状态下,不容易腐蚀失重,同时与强酸强碱环境接触的界面是致密的纯碳化硅,没有助烧剂,该氮化硅基陶瓷球具有更好的耐磨、耐腐蚀等性能,可应用于耐磨轴承领域应用。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域,具体涉及一种氮化硅基陶瓷球及其制备方法和应用。
背景技术
氮化硅(Si3N4)陶瓷作为一种结构材料,具有高硬、耐磨、耐高温以及高导热等优异的力学性能,在结构件领域具有非常大的开发前景,尤其是轴承球领域。对于传统的滚动轴承球用的是钢球,但是磨损程度较大,需要润滑剂,更换频繁;然而,氮化硅陶瓷不仅具有以上特点,而且具有密度低、摩擦系数低等特点,是取代钢球作为高效、高性能滚动轴承球的绝佳候选材料。
目前,关于氮化硅作为陶瓷轴承球的技术已有很多,比如通过反应烧结制备得到高性能氮化硅陶瓷球,或通过制备梯度材料实现表硬心韧的高性能氮化硅陶瓷球。虽然,在氮化硅陶瓷球领域已经有相关技术,但是以上技术普遍忽略了一个问题。虽然氮化硅陶瓷具有以上优异的性能,但是促进其烧结的添加剂也会对其性能产生显著的恶化,比如,液相添加剂的添加会显著降低其耐高温、耐腐蚀、耐磨、导热性等性能,特别是耐强酸强碱腐蚀的能力明显减弱;然而,不添加液相烧结助剂,又很难实现高致密氮化硅陶瓷的制备,无法作为结构件应用。以上两种情况都使其无法满足陶瓷轴承球领域的应用条件。
基于氮化硅轴承球在航天航空、化工、海洋和半导体工业等领域的应用潜力,急需开发易于批量化生产一种方法,在不影响氮化硅陶瓷性能的前提下,又能获得满足陶瓷轴承球强酸强碱工业应用环境的高性能陶瓷球。
发明内容
基于此,本发明提出一种氮化硅基陶瓷球及其制备方法和应用,该氮化硅陶瓷球在Si3N4陶瓷球的基础上,继续在Si3N4陶瓷球表面进行碳化硅涂层沉积,得到了高耐磨耐腐蚀Si3N4陶瓷球。
一种氮化硅基陶瓷球,所述的氮化硅基陶瓷球为在氮化硅陶瓷球表面沉积有一层碳化硅层。
进一步方案,所述的氮化硅陶瓷球的直径为0.5mm~20mm,所述的碳化硅层的厚度为10~200µm。
进一步方案,所述的氮化硅陶瓷球的相对密度为95~99%,表层硬度为25~42GPa,断裂韧性为6~12MPa·m1/2,抗弯强度为800~1500MPa。
进一步方案,所述的氮化硅陶瓷球的致密度大于98%。
本发明采用的方法技术方案是:一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,包括如下步骤:
S1:提供氮化硅陶瓷球作为核芯;
S2:采用化学气相沉积在所述的氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层。
进一步方案,在步骤S1和S2之间还包括对氮化硅陶瓷球进行粗磨-抛光。
进一步方案,所述的步骤S1中所述的氮化硅陶瓷球采用以Si粉为原料,以ZrO2为催化剂,以Al2O3-Re2O3为烧结助剂,混料干燥得到Si-ZrO2-Al2O3-Re2O3混合粉体,将混合粉体压制成型后,进行氮化和烧结工艺制备得到Si3N4陶瓷球。
进一步方案,将混合粉体干压、冷等静压成型。
进一步方案,所述的Si:ZrO2按质量分数比为90%~95%:5%~10%,所述的Al2O3:Re2O3质量分数比为1~99%:99~1%,所所述的氮化硅和Al2O3-Re2O3按质量分数比为80~99%:1~20%。
进一步方案,所述的Re2O3的Re为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中一种。
进一步方案,所述的Si粉纯度为95~100%,粒径为1~10μm;ZrO2粉纯度为95~100%,粒度为1~10μm;Al2O3粉纯度为95~100%,粒度为0.1~10μm;Re2O3粉纯度为95~100%,粒度为1~10μm。
进一步方案,所述Si-ZrO2-Al2O3-Re2O3混合粉体是以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星式球磨机上混合4~18h,干燥后得到Si-ZrO2-Al2O3-Re2O3混合粉体。
进一步方案,所述的氮化工艺为1300~1450℃保温0.5~4h,氮化气氛为氮气;所述的烧结工艺为1700~1900℃保温1~4h,烧结气氛为氮气或氩气。
进一步方案,所述的步骤S1中所述的氮化硅陶瓷球采用Si3N4粉液相烧结制备,液相烧结助剂为Al2O3-Re2O3,Si3N4与Al2O3-Re2O3按质量分数比为80~99%:1~20%,Al2O3:Re2O3质量分数比为1~99%:99~1%。
进一步方案,所述的Re为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中一种。
进一步方案,所述的Si3N4粉纯度为95~100%,粒径为1~10μm;Al2O3粉纯度为95~100%,粒度为0.1~10μm;Re2O3粉纯度为95~100%,粒度为1~10μm。
进一步方案,所述的液相烧结的温度为1600~1900℃保温1~4h,烧结气氛为氮气或氩气。
进一步方案,所述的步骤S2具体为采用化学气相沉积法制备碳化硅层,将氩气、氢气和甲基三氯硅烷加入反应器,反应温度为1300~1600℃保温0.5~8h。
进一步方案,氩气/氢气体积比为(1:1)~(1:10)。
进一步方案,所述的氩气/氢气体积比优化为1:3。
进一步方案,所述反应温度为1550℃保温1.5h。
进一步方案,采用氩气/氢气混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器。采用鼓泡方式可以使气相高度分散在液相中,增大沉积接触面积,提高传质和传热的效率。
氮化硅基陶瓷球在耐磨轴承领域中的应用。
由于上述技术方案的运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
1、本发明的氮化硅基陶瓷球,与未沉积碳化硅层的氮化硅球相比,在强酸强碱且运动摩擦的状态下,不容易腐蚀失重,同时与强酸强碱环境接触的界面是致密的纯碳化硅,没有助烧剂,该氮化硅基陶瓷球具有更好的耐磨、耐腐蚀等性能,可应用于耐磨轴承领域应用。
2、本发明的氮化硅基陶瓷球,碳化硅和氮化硅两者之间的热膨胀系数差异非常小,避免了碳化硅涂层在冷却过程中开裂问题。
3、本发明的氮化硅基陶瓷球的制备方法,获得的碳化硅层致密度高、纯度高,厚度可控,并且与氮化硅陶瓷球的结合强度高。
4、本发明的氮化硅基陶瓷球的制备方法,氮化硅可以通过液相烧结制备得到,液相烧结的氮化硅陶瓷球表面与碳化硅交界处的结合力强,进一步提高氮化硅基陶瓷球的可靠性。
5、本发明制备的氮化硅基陶瓷球的制备方法,成本低、生产效率高,满足工业应用需求。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题,技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:以Si粉为原料,Si粉纯度为99%,粒径为1μm;以ZrO2为催化剂,ZrO2粉纯度为99%,粒径为5μm;按照Si:ZrO2的质量分数比为90%:10%进行配料:以Al2O3-Y2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm ,Y2O3纯度为99.9%,Y2O3的粒径为5μm;Al2O3:Y2O3质量分数比为55%:45%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si-ZrO2-Al2O3-Y2O3混合粉体;所将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1400℃保温2h氮化,氮化气氛为1atm的氮气;氮化后在1850℃保温2h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%,Si粉完全氮化后Si3N4与Al2O3-Y2O3的质量分数比为90%:10%,Si3N4陶瓷球的直径为4mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层,采用氩气/氢气体积比为1:3的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1550℃保温1.5h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到98%,表层硬度为35GPa,断裂韧性为10MPa·m1/2,抗弯强度为1200MPa,SiC沉积层厚度为40µm。
实施例2
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:以Si粉为原料,Si粉纯度为99%,粒径为1μm;以ZrO2为催化剂,ZrO2粉纯度为99%,粒径为5μm;按照Si:ZrO2的质量分数比为95%:5%进行配料:以Al2O3-Yb2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为3μm,Yb2O3纯度为99.9%,Yb2O3的粒径为3μm,Al2O3:Yb2O3质量分数比为55%:45%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si-ZrO2-Al2O3-Yb2O3混合粉体;所将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1450℃保温4h氮化,氮化气氛为1atm的氮气;氮化后在1800℃保温1h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%,Si粉完全氮化后Si3N4与Al2O3-Yb2O3的质量分数比为85%:15%,Si3N4陶瓷球的直径为2mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层,采用氩气/氢气体积比为1:9的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1350℃保温2h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到99%,表层硬度为28GPa,断裂韧性为8MPa·m1/2,抗弯强度为1000MPa,SiC沉积层厚度为25µm。
实施例3
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:以Si粉为原料,Si粉纯度为99%,粒径为1μm;以ZrO2为催化剂,ZrO2粉纯度为99%,粒径为5μm;按照Si:ZrO2的质量分数比为90%:10%进行配料:以Al2O3-La2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm,La2O3纯度为99.9%,La2O3的粒径为5μm;Al2O3:La2O3质量分数比为55%:45%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si-ZrO2-Al2O3- La2O3混合粉体;所将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1300℃保温4h氮化,氮化气氛为1atm的氮气;氮化后在1750℃保温1h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%,Si粉完全氮化后Si3N4与Al2O3-La2O3的质量分数比为80%:20%,Si3N4陶瓷球的直径为1 mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层,采用氩气/氢气体积比为1:5的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1600℃保温0.5h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到99%,表层硬度为42GPa,断裂韧性为12MPa·m1/2,抗弯强度为1100MPa,SiC沉积层厚度为15µm。
实施例4
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:以Si粉为原料,Si粉纯度为99%,粒径为1μm;以ZrO2为催化剂,ZrO2粉纯度为99%,粒径为5μm;按照Si:ZrO2的质量分数比为95%:5%进行配料:以Al2O3-Lu2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm,Lu2O3粉纯度为99.9%,Lu2O3粉的粒径为5μm;Al2O3:Lu2O3质量分数比为55%:45%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si-ZrO2-Al2O3-Lu2O3混合粉体;所将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1350℃保温2h氮化,氮化气氛为1atm的氮气;氮化后在1900℃保温2h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%,Si粉完全氮化后Si3N4与Al2O3-Lu2O3的质量分数比为90%:10%,Si3N4陶瓷球的直径为20 mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层,采用氩气/氢气体积比为1:10的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1500℃保温8h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到99%,表层硬度为32GPa,断裂韧性为10MPa·m1/2,抗弯强度为1200MPa,SiC沉积层厚度为200µm。
实施例5
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:以Si粉为原料,Si粉纯度为99%,粒径为1μm;以ZrO2为催化剂,ZrO2粉纯度为99%,粒径为5μm;按照Si:ZrO2的质量分数比为95%:5%进行配料:以Al2O3-Y2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm Y2O3纯度为99.9%,Y2O3粉的粒径为5μm;Al2O3:Y2O3质量分数比为55%:45%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si-ZrO2-Al2O3-Y2O3混合粉体;所将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1450℃保温2h氮化,氮化气氛为1atm的氮气;氮化后在1850℃保温1h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%,Si粉完全氮化后Si3N4与Al2O3-Y2O3的质量分数比为90%:10%,Si3N4陶瓷球的直径为0.5mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层,采用氩气/氢气体积比为1:1的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1300℃保温2h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到98%,表层硬度为25GPa,断裂韧性为7MPa·m1/2,抗弯强度为900MPa,SiC沉积层厚度为25µm。
实施例6
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:采用Si3N4粉液相烧结,Si3N4粉纯度为99%,粒径为1μm;以Al2O3-Y2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm ,Y2O3纯度为99.9%,Y2O3粉的粒径为5μm;Al2O3:Y2O3质量分数比为55%:45%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si3N4-Al2O3-Y2O3混合粉体;将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1850℃保温2h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%,Si3N4与Al2O3-Y2O3的质量分数比为90%:10%,Si3N4陶瓷球的直径为15 mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法进行涂层处理,采用氩气/氢气体积比为1:3的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1550℃保温1.5h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到99%,表层硬度为40GPa,断裂韧性为10 MPa·m1/2,抗弯强度为1000MPa,SiC沉积层厚度为200µm。
实施例7
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:采用 Si3N4粉液相烧结,Si3N4粉纯度为99%,粒径为1μm;以Al2O3-Yb2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm ,Yb2O3纯度为99.9%,Yb2O3粉的粒径为5μm;Al2O3:Yb2O3质量分数比为70%:30%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si3N4 -Al2O3-Yb2O3混合粉体;将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1600℃保温4h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%, Si3N4与Al2O3-Yb2O3的质量分数比为85%:15%,Si3N4陶瓷球的直径为10 mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法进行涂层处理,采用氩气/氢气体积比为1:9的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1350℃保温2h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到98%,表层硬度为40GPa,断裂韧性为8 MPa·m1/2,抗弯强度为900 MPa,SiC沉积层厚度为100 µm。
实施例8
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:采用 Si3N4粉液相烧结,Si3N4粉纯度为99%,粒径为3μm;以Al2O3-Sc2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm,Sc2O3粉纯度为99.9%,Sc2O3粉的粒径为5μm;Al2O3:Sc2O3质量分数比为70%:30%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si3N4 -Al2O3-Sc2O3混合粉体;将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1700℃保温3h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%, Si3N4与Al2O3-Sc2O3的质量分数比为80%:20%,Si3N4陶瓷球的直径为15 mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法进行涂层处理,采用氩气/氢气体积比为1:6的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器,反应温度为1600℃保温0.5h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到98%,表层硬度为40 GPa,断裂韧性为10 MPa·m1/2,抗弯强度为1200 MPa,SiC沉积层厚度为150 µm。
实施例9
一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,具体步骤如下:
S1:采用 Si3N4粉液相烧结,Si3N4粉纯度为99%,粒径为3μm;以Al2O3-Ce 2O3为烧结助剂,Al2O3粉纯度为99.9%,Al2O3粉的粒径为5μm,Ce2O3纯度为99.9%,Ce2O3粉的粒径为5μm;Al2O3:Ce2O3质量分数比为70%:30%;以乙醇为溶剂,以Si3N4球为球磨介质,在行星球磨机上混合8h,将以上混合粉体混合干燥后,得到Si3N4 -Al2O3-Ce2O3混合粉体;将以上干燥后混合粉体经过干压、冷等静压后,得到的陶瓷球坯体在1900℃保温1h烧结,烧结气氛为氮气,烧结得到Si3N4陶瓷球致密度为99%, Si3N4与Al2O3-Ce2O3的质量分数比为90%:10%,Si3N4陶瓷球的直径为2 mm;
S2:将以上Si3N4陶瓷球表面粗磨,并抛光至表面粗糙度为1µm;
S3:采用化学气相沉积法进行涂层处理,采用氩气/氢气体积比为1:4的混合气体作为保护气体,通过气体载带方式提供甲基三氯硅烷,载带气体通过鼓泡方式加入反应器反应温度为1450℃保温2h。
本实施例制备得到的氮化硅基陶瓷球相对密度达到98%,表层硬度为30GPa,断裂韧性为8 MPa·m1/2,抗弯强度为1000 MPa,SiC沉积层厚度为20 µm。
将实施例1-9获得氮化硅基陶瓷球,应于耐磨轴承领域,作为轴承球使用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种氮化硅基陶瓷球,其特征在于,所述的氮化硅基陶瓷球为在氮化硅陶瓷球表面沉积有一层碳化硅层。
2.根据权利要求1所述的一种氮化硅基陶瓷球,其特征在于,所述的氮化硅陶瓷球的直径为0.5mm~20mm,所述的碳化硅层的厚度为10~200µm。
3.根据权利要求1所述的一种氮化硅基陶瓷球,其特征在于,所述的氮化硅陶瓷球的相对密度为95~99%,表层硬度为25~42GPa,断裂韧性为6~12MPa·m1/2,抗弯强度为800~1500MPa。
4.一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:提供氮化硅陶瓷球作为核芯;
S2:采用化学气相沉积在所述的氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层。
5.根据权利要求4所述的一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,其特征在于,所述的步骤S1中所述的氮化硅陶瓷球采用以Si粉为原料,以ZrO2为催化剂,以Al2O3-Re2O3为烧结助剂,混料干燥得到Si-ZrO2-Al2O3-Re2O3混合粉体,将混合粉体压制成型后,进行氮化和烧结工艺制备得到Si3N4陶瓷球。
6.根据权利要求5所述的一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,其特征在于,所述的Si:ZrO2按质量分数比为90%~95%:5%~10%,所述的Al2O3:Re2O3质量分数比为1~99%:99~1%,所述的Si3N4和Al2O3-Re2O3按质量分数比为80~99%:1~20%。
7.根据权利要求5所述的一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,其特征在于,所述的氮化工艺为1300~1450℃保温0.5~4h,氮化气氛为氮气;所述的烧结工艺为1700~1900℃保温1~4h,烧结气氛为氮气或氩气。
8.根据权利要求4所述的一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,其特征在于,所述的步骤S1中所述的氮化硅陶瓷球采用Si3N4粉液相烧结制备,液相烧结助剂为Al2O3-Re2O3,Si3N4与Al2O3-Re2O3按质量分数比为80~99%:1~20%,Al2O3:Re2O3质量分数比为1~99%:99~1%。
9.根据权利要求4所述的一种氮化硅基陶瓷球的制备方法,其特征在于,所述的步骤S2具体为采用化学气相沉积法制备碳化硅层,将氩气、氢气和甲基三氯硅烷加入反应器,反应温度为1300~1600℃保温0.5~8h。
10.一种权利要求1-3任一项所述的氮化硅基陶瓷球在耐磨轴承领域中的应用。
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