CN1234645C - 陶瓷滑动轴承及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种碳化硅陶瓷滑动轴承及其制造方法。它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼82%～98%、Al-Y系添加剂0.5%～15%、CeO2或La2O30.5%～3%。它的制造方法：首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。本发明还提供另一种陶瓷滑动轴承，碳化硅和碳化硼72%～85%、Al-Y系添加剂0.5%～15%、CeO2或La2O30.5%～3%、石墨8%～12%。本发明具有如下优点：耐磨性能提高，韧性提高，在高温无润滑工况中使用的可靠性提高。

Description

陶瓷滑动轴承及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种碳化硅陶瓷滑动轴承及其制造方法。
背景技术：
目前滑动轴承多采用淬火钢与巴氏合金组对配合使用。在高温或腐蚀的工况则使用氧化铝或碳化硅等陶瓷材料。陶瓷材料具有硬度高，耐磨损的特点，但陶瓷材料的韧性较差，耐冲击性能较差，易碎裂。
发明内容：
为了解决陶瓷滑动轴承强度低，韧性差，易碎裂的问题。提供了一种强度、韧性及硬度均较高的陶瓷滑动轴承及其制造方法。其目的是这样实现的：一种陶瓷滑动轴承，它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％，碳化硅和碳化硼的质量比为12∶1至12∶1.5。它的制造方法：首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃/分钟，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。由于上述组分在烧结过程中形成了硅、铝、硼、钇等的复合相，这种复合相具有硬度高、耐磨损和韧性好等特点，因此克服了现有陶瓷轴承强度低、韧性差、易碎裂的问题。
本发明还提供另一种陶瓷滑动轴承，它的制造原料由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。它的制造方法：首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末、添加剂以及石墨粉等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃，升温到1850～2150℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。本发明与现有技术相比具有如下优点：1、耐磨性能提高。由于陶瓷轴承中加入了石墨，石墨做为润滑剂使摩擦系数降低，从而使轴承的耐磨性能比目前所用技术制造的产品提高了30～50％，同时降低成本25～40％。2、韧性提高了30％左右，从而使轴承的抗冲击性能提高。3、由于碳化硅陶瓷所具有的高温性能，使轴承在高温，特别是在无润滑工况中使用的可靠性提高。
具体实施方式：
具体实施方式一：它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％。它的制造方法：首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃/分钟，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。碳化硅和碳化硼的质量比为12∶1至12∶1.5。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同点是，它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼82％～90％、Al-Y系添加剂8％～15％、CeO2或La2O31.5％～3％，其它与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同点是，它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼91％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～7.9％、CeO2或La2O30.5％～1.5％。其它与实施方式一相同。
具体实施方式四：它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅粉末含84～90％，碳化硼粉末含6～7.5％，Al-Y添加剂为2～8％，CeO2或La2O3为0.5％。碳化硅粉末为β相占95％以上，粉末平均粒径为0.5微米。碳化硼粉末的平均粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的平均粒径为0.6～3.0微米，纯度为95～99.9％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入适量的酒精作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干破碎，加入聚乙烯醇与水的质量百分比为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥破碎，过60～80目筛。进行冷等静压成型，成型压力为250～350MPa。而后将上述压坯置于真空烧结炉中。先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结。烧结在流动的氩气中进行，升温速率为0.5～5℃/分钟。在1870℃保温240～480分钟，得到烧结体的主要性能指标为：密度3.05g/cm3；硬度HV2520；四点抗弯强度670MPa；断裂韧性KIC6.6MPam1/2。较无压烧结的碳化硅轴承件的耐磨性提高42％，从而使轴承件的使用寿命提高75％，成本降低21％。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式四的不同点是，它的制造原料由下列质量百分比的组分组成：碳化硅粉末含80～84％碳化硼粉末含10％～14％，Al-Y添加剂为2～4％，CeO2或La2O3为2％，得到烧结体的主要性能指标为：密度3.02g/cm3；硬度HV2630；四点抗弯强度620MPa；断裂韧性KIC6.1MPam1/2。较无压烧结的碳化硅轴承件的耐磨性提高47％，从而使轴承件的使用寿命提高80％，成本降低19％。其它与实施方式四相同。
具体实施方式六：它的制造原料由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。它的制造方法：首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末、添加剂以及石墨粉等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃，升温到1850～2150℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。
具体实施方式七：它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅粉末含67～72％，碳化硼粉末含5.5～6.0％，Al-Y添加剂为10～12％，CeO2或La2O3为3％，石墨粉为8～12％。碳化硅粉末为β相占95％以上，粉末平均粒径为0.5微米。碳化硼粉末的平均粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的平均粒径为0.6～3.0微米，纯度为95～99.9％。石墨粉的平均粒度为20～100μm，纯度大于99％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入适量的酒精作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干破碎，加入质量分数为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥破碎，过60～80目筛。进行冷等静压成型，成型压力为300～350MPa。而后将上述压坯置于真空烧结炉中。先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结。烧结在流动的氩气中进行，氩气流量为15升/分钟。升温速率为0.5～5℃/分钟。在1970℃保温240～480分钟，得到烧结体的主要性能指标为：密度2.85g/cm3；硬度HV2240；四点抗弯强度420MPa；断裂韧性KIC42MPam1/2。与无压烧结的碳化硅轴承件组对，其摩擦系数降低26％，从而使轴承组件的耐磨性提高120％，整套轴承的制造成本降低42％。
具体实施方式八：本实施方式与实施方式七的不同点是，它的制造原料由下列质量百分比的组分组成：碳化硅粉末含70～72％，碳化硼粉末含6.5～7％，Al-Y添加剂为12～15％，CeO2或La2O3为0.5％，石墨粉为8～9％，得到烧结体的主要性能指标为：密度2.90g/cm3；硬度HV2320；四点抗弯强度450MPa；断裂韧性KIC4.4MPam1/2。与无压烧结的碳化硅轴承件组对，其摩擦系数降低22％，从而使轴承组件的耐磨性提高97％，整套轴承的制造成本降低39％。其它与实施方式七相同。

Claims (5)

1、一种陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％，碳化硅和碳化硼的质量比为12∶1至12∶1.5。
2、根据权利要求1所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼82％～90％、Al-Y系添加剂8％～15％、CeO2或La2O31.5％～3％。
3、根据权利要求1所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成：碳化硅和碳化硼91％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～7.9％、CeO2或La2O30.5％～1.5％。
4、根据权利要求1所述的陶瓷滑动轴承，其特征是Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末。
5、一种如权利要求1所述的陶瓷滑动轴承的制造方法，其特征是：首先采用球磨或搅拌的方法将所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结，升温的速率为5～10℃/分钟，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。
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