CN113773077A - 一种复合陶瓷及其制备方法和在制备直线导轨中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合陶瓷。所述复合陶瓷主要由以下重量百分比的原料烧结得到：粒径为0.2～0.4μm的氧化锆78～81％；粒径为0.23～0.38μm的氧化铝14～16％；氧化钇4～6％。与现有技术相比，本发明的复合陶瓷具有耐磨损、硬度高、低噪音、耐冲击、不易裂、耐强酸碱、绝缘、防磁等优点，是一种良好的直线导轨用材料，可使直线导轨的使用寿命更长、精度稳定性更高，适用在恶劣环境中工作。

Description

一种复合陶瓷及其制备方法和在制备直线导轨中的应用
技术领域
本发明属于陶瓷领域，具体涉及一种可用于直线导轨的复合陶瓷。
背景技术
直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，其主要组件包括导轨和滑块。直线导轨主要用在自动化机械上比较多，像数控机床，折弯机，激光焊接机等等高精或高速直线往复运动场合，用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动，且可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。
目前直线导轨材质主要采用不锈钢和合金钢，此类材质在高速运动过程中容易磨损，导致使用寿命短和精度偏差越来越大。随着科技不断进步，对精度要求也越来越高，将无法满足市场的需求。另外在恶劣环境即高粉尘浓度、强酸、强碱和高腐蚀场合使用此类材质直线导轨还有一定的局限性。
CN 111875377A公开了一种绝缘定位陶瓷套件材料及其制备工艺，该绝缘定位陶瓷套件材料由以下重量份数的原料组成：氧化锆40-70份、氧化铝纤维10-20份、氧化铜5-10份、氧化铁5-10份、氧化钇5-10份、二硒化铌2-5份、石墨2-5份、水玻璃0.5-1份和除泡剂0.1-0.5份，所述除泡剂为聚二甲基硅氧烷。制备过程包括：(1)按上述重量份数分别称取氧化锆、氧化铝纤维、氧化铜、氧化铁、氧化钇和石墨，混合均匀，研磨至平均粒径为40-60μm的颗粒状粉末，制得混合物A；(2)将上述重量份数的二硒化铌、水玻璃和除泡剂加入到上述混合物A中，搅拌30min后与水混合均匀，然后置于球磨机中，球磨6-8h，制得所需浆料；(3)将步骤(2)中研磨的浆料抽滤，然后用离心式喷雾干燥机加工成平均粒径小于40μm的颗粒状粉末，备用；(4)将步骤(3)制得的粉末装入所需形状的热压模具中，在250-350MPa下压制成型，制得毛坯；(5)将步骤(4)制得的毛坯置于烧结炉中，烧结炉中的压强设置为2-3MPa，在氧气气氛下，以5-10℃/min的速率升温至1300-1500℃进行烧结，保温时间为8-10h，最后以5℃/min的速率冷却至室温，取出，制得所述绝缘定位陶瓷套件材料。该绝缘定位陶瓷套件材料的抗弯强度达到1163MPa，但作为直线导轨用材质，其性能仍有待提高。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的目的在于提供一种用于直线导轨的复合陶瓷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种复合陶瓷，其特点在于，所述复合陶瓷主要由以下重量百分比的原料烧结得到：
粒径为0.2～0.4μm的氧化锆78～81％；
粒径为0.23～0.38μm的氧化铝14～16％；
氧化钇4～6％。
上述复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锆、氧化铝和氧化钇混合均匀，得到混合粉末；
(2)将造粒助剂加入混合粉末中，制成颗粒；
(3)将颗粒装入模具压制成型后，烧结，得到所述的复合陶瓷。
优选地，所述造粒助剂包括消泡剂、分散剂和粘稠剂。
更优选地，按氧化锆、氧化铝和氧化钇的总质量计，所述消泡剂的用量为0.2～0.5％，所述分散剂的用量为0.1～0.3％，所述粘稠剂的用量为3～5％。
优选地，压制成型的压力为200MPa以上。
优选地，烧结温度为1500～1600℃。
上述复合陶瓷在制备直线导轨中的应用。
一种直线导轨，包括导轨和滑块，其特点在于：所述导轨的材质为如上所述的复合陶瓷。
优选地，所述滑块的材质为如上述的复合陶瓷。
有益效果
与现有技术相比，采用本发明的氧化锆-氧化铝-氧化钇复合陶瓷作为直线导轨材质具备以下优点：
一、耐磨损、硬度高、低噪音、耐冲击、不易裂、使用寿命长、精度稳定性高。
二、耐高温，≥1000℃不变形、不扭曲，高速运行时不加油润滑。
三、更适用在恶劣环境中工作。如酸、碱性环境、氧化环境等。
四、密度小、非磁性，绝缘性强。
五、低热传导、低的摩擦系数，耐磨仅次与金刚石。
六防磁:因无磁不吸粉尘，可减少轴提前剥落、噪声大等问题。可用在退磁设备和精密仪器等领域。
七电绝缘:因电阻力高，可免电弧损伤轴，可用在各种要求绝缘环境。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
(1)按81wt％的氧化锆粉(粒径0.2～0.4μm)，14wt％的氧化铝粉(粒径0.23～0.38μm)，5wt％的氧化钇(纯度99.9％)，在砂磨机里充分研磨成均匀的混合粉末。
(2)混合粉末中加入常规的造粒助剂(消泡剂0.3wt％/粉末，分散剂0.1wt％/粉末，粘稠剂4wt％/粉末)通过造粒塔造粒，得到颗粒料。
(3)将颗粒料装入模具中，然后用等静压机在200MPa以上的压力下压制成型，得到陶坯。
(4)陶坯转入高温炉里在1500～1600℃下烧结2～12小时成复合陶瓷。
(5)最后精加工成使用的精度尺寸。
表1不同材料的性能对比
Figure BDA0003293963660000031
Figure BDA0003293963660000041
实施例2
(1)按78wt％的氧化锆粉，16wt％的氧化铝粉(粒径配比见表2)，6wt％的氧化钇(纯度99.9％)，在砂磨机里充分研磨成均匀的混合粉末。
(2)混合粉末中加入造粒助剂(消泡剂0.3wt％/粉末，分散剂0.1wt％/粉末，粘稠剂4wt％/粉末)通过造粒塔造粒，得到颗粒料。
(3)将颗粒料装入模具中，然后用等静压机在200MPa以上的压力下压制成型，得到陶坯。
(4)陶坯转入高温炉里在1500～1600℃下烧结2～12小时成复合陶瓷。
(5)最后精加工成使用的精度尺寸。
表2粒径配比如下：
氧化锆μm 氧化铝μm
配方1 0.85 0.91
配方2 0.64 0.37
配方3 0.56 0.43
配方4 0.35 0.16
配方5 0.35 0.25
表3不同粒径配比下的陶瓷性能如下：
密度g/cm<sup>3</sup> 维氏硬度HV0.5 抗弯强度MPa 耐磨性1/um
配方1 5.1 1450 1100 0.56
配方2 5.2 1500 1150 0.61
配方3 5.2 1530 1170 0.65
配方4 5.4 1650 1250 0.72
配方5 5.5 1700 1300 0.85
如表3所示，在相同用量配比下，氧化锆和氧化铝在本发明粒径范围内，复合陶瓷的硬度、抗弯强度、耐磨性能达到最佳性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合陶瓷，其特征在于，所述复合陶瓷主要由以下重量百分比的原料烧结得到：
粒径为0.2～0.4μm的氧化锆78～81％；
粒径为0.23～0.38μm的氧化铝14～16％；
氧化钇4～6％。
2.权利要求1所述的复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锆、氧化铝和氧化钇混合均匀，得到混合粉末；
(2)将造粒助剂加入混合粉末中，制成颗粒；
(3)将颗粒装入模具压制成型后，烧结，得到所述的复合陶瓷。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述造粒助剂包括消泡剂、分散剂和粘稠剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：按氧化锆、氧化铝和氧化钇的总质量计，所述消泡剂的用量为0.2～0.5％，所述分散剂的用量为0.1～0.3％，所述粘稠剂的用量为3～5％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：压制成型的压力为200MPa以上。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：烧结温度为1500～1600℃。
7.权利要求1所述的复合陶瓷在制备直线导轨中的应用。
8.一种直线导轨，包括导轨和滑块，其特征在于：所述导轨的材质为如权利要求1所述的复合陶瓷。
9.根据权利要求6所述的直线导轨，其特征在于：所述滑块的材质为如权利要求1所述的复合陶瓷。
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