CN1493420A - 用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料及使用其的轴承 - Google Patents

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Abstract

一种轴承材料，它包括：一用不锈钢制成的衬底金属；以及一多孔烧结金属层，它借助于一结合层与衬底金属的至少一个表面形成为一体，且在所述多孔烧结金属层的晶界处以散布的方式包含有无机物质微粒，其中包含无机物质微粒的多孔烧结金属层包含：4％至10％重量的锡、10％至40％重量的镍、不少于0.1％且少于0.5％重量的磷以及余量的铜。

Description

用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料及使用其的轴承
技术领域
本发明涉及一种用于具有一多孔烧结金属层的流体静压空气轴承的轴承材料，以及使用这种轴承材料的流体静压空气轴承。
背景技术
由于出色的高速稳定性和高荷载承载能力，多孔质流体静压空气轴承迄今为止仍受到人们的关注，尽管人们已进行了各种各种的研究，但是在它们的实际使用中仍有许多问题有待克服。
对于多孔质流体静压空气轴承，经常使用的是通过将一多孔烧结金属坯与设有供应压缩气体的装置的一衬底金属结合来形成的一种轴承材料。作为在该轴承材料中用于形成多孔烧结金属坯的材料，经常使用的是主要由青铜、铝合金或不锈钢组成、特别是主要由青铜构成的一种材料。
作为用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，要求具有足够的透气性和10-3量级的表面粗糙度。但在流体静压空气轴承使用上述轴承材料的情况中，多孔烧结金属坯自身在某种程度上具有令人满意的透气性，但由于多孔烧结金属坯的尺寸精度和表面粗糙度是不够的，所以其表面在许多情况下要进行机械加工。
这种机械加工主要通过车床车削、磨铣和/或磨削来施行的，但这样的车床车削、磨铣和/或磨削会对多孔烧结金属坯的表面造成负荷，这会显著地影响其透气性(牵拉性能)。特别是在磨铣过程中，在多孔烧结金属坯的表面中发生塑性流动，并因而导致毛边的产生。
此外，多孔烧结金属坯与上述的设有用于供应压缩气体的装置的衬底金属结合，例如在一多孔质流体静压空气径向轴承的情况中，在该结合过程中采用了一用于将中空圆筒形多孔烧结金属坯压配合到一中空圆筒形衬底金属上的方法。
在简单的滑动轴承的情况中，即便是采用这样的压配合，也不会发生问题。但在多孔质流体静压空气轴承中，由于在两构件是明显地相互紧密压配的接触部分之间存在十分小的间隙，所以可能会出现气体从从该间隙的漏出大于压缩气体在多孔烧结金属坯中的主要流通的情况。气体从该间隙漏出自然导致诸如多孔质流体静压空气轴承承载能力减小之类的性能方面的下降，所以较佳地是尽可能地防止这样的漏出。
为了解决该问题，如果将过盈做大并用较大的压配合力来进行装配，可以基本完全消除这个部分中的间隙。但另一方面，在承受衬底金属的极大牵拉的多孔烧结金属坯外表面侧的上可能会出现烧结金属的塑性流动。因此，又产生了一个新的问题，即在装配至衬底金属上之后，压缩气体的流通在多孔烧结金属坯的装配表面侧上明显受阻。
鉴于以上所述的问题，本受让人提出了一种诸如在JP-A-11-158511中所述的方案(以下称为传统技术)的技术，以克服上述问题。亦即，该传统技术涉及一种包含以下构件的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料：一衬底金属；和烧结到衬底金属的至少一个表面上的一多孔烧结金属层，在该多孔烧结金属层的晶界处包含一无机物质的微粒。作为一个具体的例子，该传统技术还揭示了一种除了无机物质微粒之外还包括以下成分的多孔烧结金属层：4％至10％重量的锡、10％至40％重量的镍、0.5％至4％重量的磷、3％至10％重量的石墨以及余量的铜。
在该传统技术中揭示的轴承材料具有以下优点：(1)由于在多孔烧结金属层的晶界处包含诸如石墨之类的无机物质微粒，所以即使对轴承材料进行机械加工，也可以抑制其表面的荷载，并可以获得理想的牵拉结构。(2)由于多孔烧结金属层通过结合与衬底金属形成为一体，所以没有从该接合部产生的压缩气体漏出，并且由于供应气体的压力产生的烧结层表面的变形可以被减到最小。
对于在该传统技术中所揭示的轴承材料的多孔烧结金属层，诸成分中的镍(Ni)和磷(P)在烧结过程中生成液相Ni3P，并通过随着烧结温度的上升逐渐发生的固相和液相之间的相互扩散来实现烧结层的熔合。此外，通过多孔烧结金属层与衬底金属之间带有液相Ni3P相对衬底金属(钢产品)的优良湿润性的结合而形成为一体来制造该轴承材料。
但在将具有优良的抗腐蚀、特别是抗锈蚀能力的不锈钢用作衬底金属的情况中，在衬底金属与多孔烧结金属层的结合和形成为一体的过程中会出现许多问题。亦即，这些问题包括：(1)在烧结时多孔烧结金属层结合到用不锈钢制成的衬底金属的至少一个表面上的情况中，在衬底金属的表面、亦即在衬底金属与多孔烧结金属层之间的结合界面出产生诸如Cr2O3之类的铬的氧化物。由于在结合界面之间介入了这些铬的氧化物，所以就妨碍了多孔烧结金属层与衬底表面之间的结合和形成为一体。(2)如果在烧结过程中所产生的液相Ni3P量较大，这样的液相Ni3P就会在烧结过程中流出，且用于将多孔烧结金属层结合到衬底金属表面所需的液相Ni3P量减少，从而降低了多孔烧结金属层与衬底金属之间的粘结强度。这样，在烧结之后，在冷却过程(辐射冷却)中随着温度的下降，多孔烧结金属层与衬底金属之间接合处的多孔烧结金属层收缩，导致接合处发生剥落。特别是，上述的问题(2)会带来诸如压缩气体从多孔质流体静压空气轴承中的接合部漏出的问题。
作为对上述问题进行研究的结果，本发明人发现，对于上述的问题(1)，如果在由不锈钢制成的衬底金属的表面上设置一镀层，并且在衬底金属于多孔烧结金属层之间插入包含这样的镀层的结合层，就可以防止在衬底金属与多孔烧结金属层之间的结合界面处生成铬氧化物，并且多孔烧结金属层可以借助于结合层与不锈钢制成的衬底金属表面结合并形成为一体。此外，本发明人发现，相对上述的问题(2)，可以通过减少所产生的液相Ni3P量来减小烧结后的冷却过程中的多孔烧结金属层收缩量，因而可能在多孔烧结金属层与衬底金属之间接合处不发生剥落地实现结合和形成为一体，还可以增加多孔烧结金属层的孔隙率，以增加流通穿过多孔烧结金属层的压缩气体所产生的浮动量。
发明内容
本发明是基于上述的知识设计的，其目的是提供一种用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，它可以在多孔烧结金属层与不锈钢制成的衬底金属之间实现无剥落或类似问题的牢固结合和形成为一体，并增加多孔烧结金属层的孔隙率，从而增加流通穿过多孔烧结金属层的压缩空气所产生的浮动量。本发明还提供一种使用这种材料的多孔质流体静压空气轴承。
此外，在这样的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料中，其衬底金属设有用于将压缩气体供应到多孔烧结金属层的供应装置。供应装置较佳地应构造成使压缩气体从多孔烧结金属层的整个表面均匀地喷出。不仅如此，特别是在衬底金属用作多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料并在其中空圆筒形内表面上设置这样的用于供应压缩空气的装置的情况下，要求这样的衬底金属能容易地形成并且制造效率高。
本发明的另一个目的是提供一种用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，它可以使压缩空气从多孔烧结金属层的表面喷出的不均匀性最小，且制造效率高，且本发明还提供一种使用这种材料的多孔质流体静压空气径向轴承。
根据本发明的一第一方面，提供一种用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，它包括：一用不锈钢制成的衬底金属；以及一多孔烧结金属层，它借助于一结合层与衬底金属的至少一个表面形成为一体，且在多孔烧结金属层的晶界处以散布的方式包含有无机物质微粒，且该包含无机物质微粒的多孔烧结金属层包含：4％至10％重量的锡、10％至40％重量的镍、不少于0.1％且少于0.5％重量的磷以及余量的铜。
根据按照第一方面制成的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，由于用于在烧结过程中产生液相Ni3P的磷成分的含量不少于0.1％且少于0.5％的重量，所以所产生的液相Ni3P的量较少，且液相Ni3P不会在烧结过程中流出。因此，可获得将多孔烧结金属层结合到结合层所需要量的液相Ni3P。借助结合层，多孔烧结金属层与衬底金属之间的结合强度增加。不仅如此，由于所产生的液相Ni3P的量少，所以烧结后冷却过程(辐射冷却)中的多孔烧结金属层的收缩量小。因此，在衬底金属、多孔烧结金属层以及结合层的接合处不会发生由于多孔烧结金属层的收缩而导致的多孔烧结金属层剥落。
此外，由于液相Ni3P的量小且中间插入结合层，所以与衬底金属结合成一体的多孔烧结金属层的孔隙率增加。因此，流通穿过多孔烧结金属层的压缩空气中的压力损失减小，且穿过多孔烧结金属层的表面(轴承表面)喷出的气体的供应压力相应地增大，这可使浮动量增加。因此，可以获得一种用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其中多孔烧结金属层与衬底金属借助于结合层牢固地形成为一体，并由于多孔烧结金属层孔隙率的增大而可增加浮动量。
按照本发明一第二方面的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，在根据第一方面的轴承材料中的无机物质微粒以重量的2％至10％的比例包含在多孔烧结金属层中。如同根据本发明一第三方面的轴承材料，无机物质微粒可以是至少以下一种物质的微粒：石墨、氮化硼、石墨氟化物、氟化钙、氧化铝、氧化硅以及金刚砂。
以散布的方式包含在多孔烧结金属层的晶界处的无机物质的微粒自身在机械加工中不发生塑性变形。此外，由于它们具有干扰和减轻在多孔烧结金属层基体中金属部分塑性变形的功能，所以它可以抑制在机械加工中对多孔烧结金属层的负荷。
如图根据本发明一第四方面的轴承材料，衬底金属可以成形为一中空的圆筒形。可替代地，衬底金属可以如根据本发明的一第五方面轴承材料那样形成为一平面形状。在前一情况中，包含无机物质微粒的多孔烧结金属层借助于结合层一体地结合在衬底金属的一个圆筒形表面上。在后一情况中，包含无机物质微粒的多孔烧结金属层借助于结合层一体地结合在衬底金属的一个平面表面上。
如同按照本发明一第六方面的轴承材料，结合层可以包括至少一镍镀层，或者可以如同根据本发明一第七方面的轴承材料，包括两个镀层，一镍镀层和一铜镀层。在任一种情况中，如果镍镀层被结合在衬底金属的至少一个表面上，镍镀层就足够了。在结合层包括镍镀层和铜镀层的两个镀层的情况中，如果多孔烧结金属层被结合到铜镀层上，它就足够了。分别通过电镀来形成镍镀层和铜镀层。
如果如根据本发明第六方面的轴承材料那样，包括镍镀层的结合层形成在不锈钢制成的衬底金属的表面上，且镍镀层结合到衬底金属的至少所述一个表面上，在两构件之间就可以产生牢固的结合并形成为一体。此外，如果如根据本发明第七方面的轴承材料那样，形成在衬底金属表面上的结合层由包括镍镀层和铜镀层的两个镀层组成，且镍镀层结合在衬底金属的至少一个表面上，多孔烧结金属层结合在铜镀层上，则两构件之间类似地实现牢固的结合并形成为一体。因此，不论在哪一种情况中，在不锈钢制成的衬底金属、多孔烧结金属层和结合层的接合处都不会发生剥落或出现类似的问题。此外，如果在第七方面中的衬底金属中的铜镀层如同根据本发明的一第八方面的轴承材料那样形成在镍镀层的正表面上，两镀层之间也可以实现牢固地接合并形成为一体，并且可以保证衬底金属与多孔烧结金属层之间如前所述地牢固地形成为一体。
较佳地是，如同根据本发明的一第九方面的轴承材料那样，铜镀层的厚度不小于10微米且不大于25微米。更佳地是，如同根据本发明的一第十方面的轴承材料那样，铜镀层的厚度不小于10微米且不大于20微米。较佳地是，如同根据本发明的一第十一方面的轴承材料那样，镍镀层的厚度不小于2微米且不大于20微米。更佳的是，如同根据本发明的一第十二方面的轴承材料那样，镍镀层的厚度不小于3微米且不大于15微米。
根据本发明的多孔质流体静压空气轴承使用根据第一至第十二方面中任一个用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，并包括用于将压缩气体供应到包含散布方式的无机物质微粒的多孔烧结金属层的装置，且该供应装置设在衬底金属中。
根据按照本发明制造的多孔质流体静压空气轴承，多孔质流体静压空气轴承可以通过使用根据第四方面的轴承材料来应用于多孔质流体静压空气径向轴承，或者可以通过使用根据第五方面的轴承材料来应用于多孔质流体静压空气推力轴承。
根据本发明第一方面的一种用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料包括：用不锈钢制成并具有圆筒形内表面的一衬底金属；多个环向凹槽部分，诸环形凹槽部分以轴向并列且在一内表面侧上畅开的方式设置在衬底金属内表面上；一用于相互连通的盲孔部分，它以沿着衬底金属轴向从衬底金属的一环形端面向其另一环形端面延伸的方式设置在衬底金属内部，以使诸环形凹槽相互连通；以及一中空圆筒形的多孔烧结金属层，用于覆盖衬底金属的内表面上的各环形凹槽部分的开口，并借助于结合层与衬底金属的圆筒形内表面结合成一体。
根据按照本发明第一方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，由于使诸环向凹槽部分相互连通的用于相互连通的盲孔部分设置在衬底金属的内部，以致在衬底金属的内表面一侧上没有开口，所以可以避免穿过衬底金属的内表面将压缩空气直接从盲孔部分供应到多孔烧结金属层。这样，供应到该用于相互连通的盲孔部分的压缩气体可以通过相应的诸环向凹槽部分供应到多孔烧结金属层。因此，压缩气体可以从多孔烧结金属层基本均匀地喷出。不仅如此，由于用于相互连通的盲孔部分设置在衬底金属的内部，所以这样的一个盲孔部分能容易地通过使用一钻头或类似工具来形成在衬底金属的一个端面中，这样，与在圆筒形内表面中形成用于相互连通的凹槽部分的方式相比，制作效率是极其出色的。
用于相互连通的盲孔部分的两端可以在相应的环形端面处开口。较佳地是，如同根据第二方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料那样，用于相互连通的盲孔部分的一端在衬底金属的一环形端面处开口，且用于相互连通的盲孔部分的另一端除了衬底材料的另一环形端面之外被衬底材料自身封闭。在这种情况中，用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料还可以包括装配装置，用于装配封闭用于相互连通的盲孔部分的一端的一插塞，如同本发明定第三方面那样。如同根据本发明的一第四方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料那样，装配装置可以具有一带螺纹的凹槽。在用于相互连通的盲孔部分的两端都敞开的情况中，根据本发明的轴承材料可以包括由带螺纹的凹槽或类似结构构成的、用于装配封闭这两个端部的插塞的装配装置。
在本发明中，用于相互连通的盲孔部分可以用作一供应压缩气体的盲孔部分。但较佳地是，如根据本发明的一第五方面，根据本发明的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料还包括一用于供应压缩气体的盲孔部分，它设置在衬底金属内部，且在衬底金属的外表面有一开口，并从衬底金属的外表面向用于相互连通的盲孔部分径向地延伸。
以与如第六方面所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料相同的方式，在根据本发明的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料中，多孔烧结金属层包括包含锡、镍、磷及铜的烧结金属的晶界，以及散布在烧结金属的晶界处的无机物质微粒。在这样的情况中，如同根据本发明的一第七方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料那样，在烧结金属的晶界处包含4％至10％重量的锡、10％至40％重量的镍、不少于0.1％且少于0.5％重量的磷以及余量的铜。如同根据本发明的一第八方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料那样，以重量的2％至10％的比例包含无机物质微粒。如同根据本发明一第九方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料那样，无机物质微粒可以是至少以下一种物质的微粒：石墨、氮化硼、石墨氟化物、氟化钙、氧化铝、氧化硅以及金刚砂。此外，以与用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料相同的方式，如同根据本发明一第十方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料那样，结合层可以包括至少一镍镀层，在这种情况中，镍镀层结合在衬底金属的圆筒形内表面上。如同根据本发明的一第十一方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料那样，结合层可以由包括一镍镀层和形成在镍镀层正表面上的一铜镀层的两个镀层组成。在这种情况下，镍镀层可以结合到衬底金属的圆筒形内表面上，铜镀层则可以结合到镍镀层上。
如在一第十二方面中，在根据本发明的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料中，铜镀层的厚度较佳地是不小于10微米且不大于25微米。如在一第十三方面中，更佳地是，铜镀层的厚度不小于10微米且不大于20微米。如在一第十四方面中，较佳地是镍镀层的厚度不小于2微米且不大于20微米。如在一第十五方面，更佳的是，镍镀层的厚度不小于3微米且不大于15微米。
分别根据按照本发明第六至第十五方面的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，可以获得与上述用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料的诸优点的相似的诸优点。
在下文中，将参照附图对本发明和本发明的较佳实施例进行描述。应予注意的是，本发明并不局限于这些实施例。
附图简述
图1是示出根据本发明的一多孔质流体静压空气径向轴承的剖面图；
图2是沿着图1中所示的线II-II截取的剖面图；
图3是示出根据本发明的一多孔质流体静压空气推力轴承的平面图；
图4是沿着图3中所示的线IV-IV截取的剖面图；
图5是示出根据本发明的多孔质流体静压空气轴承的一结合层的厚度与抗剪强度之间的关系的图表；
图6是示出多孔烧结金属层的孔隙率的图表；
图7是示出多孔质流体静压空气径向轴承和轴承材料的敞喷速率以及它们的流率的图表；
图8是示出在多孔质流体静压空气径向轴承中荷载(千克力)和浮动量(微米)之间的关系的图表；
图9是沿着图10中所示的线IX-IX截取的剖面图，并示出了根据本发明的多孔质流体静压空气径向轴承的另一例子；
图10是沿着图9中所示的线X-X截取的剖面图；
图11是沿着图12中所示的线XI-XI截取的剖面图，并示出了图9所示例子的径向轴承材料；
图12是沿着图11中所示的线XII-XII截取的剖面图；
图13是沿着图14中所示的线XIII-XIII截取的剖面图，并示出了根据本发明的多孔质流体静压空气径向轴承的再一个例子；以及
图14是图13所示例子的左侧视图。
具体实施方式
在图1和2中示为一多孔质流体静压空气轴承的本实施例的多孔质流体静压空气径向轴承包括：用不锈钢制成并成形为一中空圆筒形的一衬底板2；借助于一结合层3整体地形成在衬底板2的一内表面9上的一多孔烧结金属层4，该内表面9是衬底板2的一个圆柱形内表面；设置在衬底板2中一压缩气体供应孔5；通过以在轴向并列且在内表面9侧畅开的方式形成在衬底板2的内表面9上而设置的多条环形凹槽6，且在内表面9上的开口被多孔烧结金属材料层4覆盖；以及形成在衬底金属2的内表面9中、用于相互连通的一凹槽7，该凹槽7开口在内表面9上并沿着轴向延伸以使诸环形凹槽6能相互连通。多孔烧结金属层4的内圆筒表面形成为一轴承表面8，并且通过设置在衬底金属2中的孔5、诸环形凹槽6以及凹槽7形成用来向多孔烧结金属层4供应压缩气体的供应装置。
在图3和4中示为多孔质流体静压空气轴承的本实施例的一多孔质流体静压空气推力轴承11包括：用不锈钢制成并成形为一平板形的一衬底板2；借助于结合层3整体地形成在一平表面上的一多孔烧结金属层4，该平表面是衬底板2的一个平面表面；设置在衬底板2中一压缩气体供应孔5；形成在衬底板2的一平面表面上的多条环形凹槽6；以及形成在衬底金属2的一平面表面中、用于相互连通的一凹槽7，且该凹槽7使诸环形凹槽6能相互连通。多孔烧结金属层外平面表面形成为一轴承表面8，并且通过设置在衬底金属2中的孔5、诸环形凹槽6以及凹槽7形成用来向多孔烧结金属层4供应压缩气体的供应装置。
在多孔质流体静压空气径向轴承1和多孔质流体静压空气推力轴承11中，作为制成衬底金属2的不锈钢，使用奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢或者铁素体不锈钢。特别是，较佳地是使用具有较少的铬(Cr)含量的马氏体不锈钢或者铁素体不锈钢。
结合层3包括两镀层，包括结合在衬底金属2的一表面上的一镍镀层和结合在镍镀层的正表面上的一铜镀层，并且多孔烧结金属层4结合在铜镀层的正表面上。为了保证在衬底金属2和多孔烧结金属层4与插入在两者间的结合层3之间的相应接合处不出现剥落或类似的问题，镍镀层的厚度不小于2微米且不大于20微米，较佳地是不小于3微米且不大于15微米，同时铜镀层的厚度不小于10微米且不大于25微米，较佳地是不小于10微米且不大于20微米，不过具体的厚度要取决于形成多孔烧结金属层4时的加压程度。
多孔烧结金属层4的组成如下：10％重量的锡、10％至40％重量的镍、不少于0.1％且少于0.5％重量的磷、2％至10％重量的一种无机物质以及余量的铜。诸成分中的磷成分在烧结过程中形成液相的Ni3P，并用来致使烧结进行，促进镍成分散布到形成在衬底金属2的一表面上的结合层3中，以及使多孔烧结金属层4牢固地结合成一体。
此外，通过将磷成分的组份量设置成不少于0.1％且少于0.5％，就可以使多孔烧结金属层4在烧结后的冷却过程中的收缩量抑制在一较低的程度，从而防止多孔烧结金属层4由于其收缩而从衬底金属2的表面上剥落或出现类似的问题。此外，随着磷成分的组份量少从而减小了所形成的液相Ni3P，多孔烧结金属层4的孔隙率就增加了。既然这使在流过多孔烧结金属层4的压缩气体中的压力损失减少，穿过多孔烧结金属层4的轴承表面8喷出的气体的供应压力就相应地上升，从而可以增加浮动量。
以散布的方式包含在多孔烧结金属层4中的无机物质微粒至少是以下一种物质的微粒：石墨、氮化硼、石墨氟化物、氟化钙、氧化铝、氧化硅以及金刚砂。这些物质不会发生塑性变型，而许多金属材料则会发生塑性变形，且这些物质是无机的物质。
如果这样的无机物质的微粒以散布的方式混合在由多孔烧结金属层4中的锡、镍、磷及铜所形成的基体(晶界)中，这样的无机物质自身在机械加工的过程中不会发生塑性变形。此外，由于无机物质能干扰和减轻多孔烧结金属层4的基体中的金属部分的塑性变形，所以就可能减小多孔烧结金属层在机械加工中的负荷。
关于这些无机物质微粒的组份量，2％至10％重量的比例是较为适合的。如果该组份量小于2％的重量，无机物质就不能充分地显示出它们干扰和减轻多孔烧结金属层4的基体中的金属部分的塑性变形。另一方面，如果该组份量大于10％的重量，就会损害多孔烧结金属层4的烧结性。
接着，将对多孔质流体静压空气轴承的轴承材料和使用这种轴承材料的多孔质流体静压空气轴承的制造方法进行描述。
〔多孔质流体静压空气推力轴承11的制造方法〕
备制用奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢或者铁素体不锈钢制成的盘形衬底金属2。在该衬底金属2的一个表面上分别形成多条同心的环形凹槽6和用于使诸环形凹槽6能相互连通的凹槽7。此外，形成用于供应压缩气体的孔5，该孔5从衬底金属2的另一表面通向凹槽7。
在带有诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5的衬底金属2的一平表面上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的表面部分上形成一厚度为2至20微米、较佳地是3至15微米的镍镀层。在镍镀层的表面上形成一厚度为10至25微米、较佳地是10至20微米的铜镀层。这样就在衬底金属2的一平表面上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的表面部分上形成了包括镍镀层和铜镀层的两个镀层。这两个镀层构成衬底金属2与多孔烧结金属层4之间的结合层3。
通过在一混合器中混合以下成分来制备混合粉末：4％至10％重量的通过250-网目筛的细锡粉、10％至40％重量的通过250-网目筛的电解镍粉、不少于0.7％且不多于3.4％重量的通过120-网目筛的铜-磷(磷：14.5％)粉、3％至10％重量的通过150-网目筛的无机物质微粒以及余量的通过150-网目筛的电解铜粉。
将一种包括1％至15％重量的选自羟丙基纤维素(HPC)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、甲基纤维素(MC)、凝胶、阿拉伯树胶以及淀粉的一粉末粘合剂的水溶液以0.1％至5.0％的重量添加到上述的混合粉末中，并且均匀地混合它们以获得具有湿润性的储备粉末。这里，作为所要添加的粉末粘合剂的水溶液的量，0.1％至5.0％的重量对于金属混合粉末是较佳的。特别地，如果所添加的粉末粘合剂的水溶液超过5.0％的重量，在烧结坯的结构中的无法进行控制的细孔的数量就会增加，并可能会使多孔烧结金属层4的强度下降。此外，作为粉末粘合剂的溶剂，除了水之外，还可以使用含有5％至20％的重量的诸如乙醇之类的亲水化合物的水溶液。
通过一传输器和一漏斗来将具有湿润性的储备粉末进给至轧制机的轧辊上。在储备粉末的轧制中，可以使用带有双辊的普通水平式轧制机。通过使用这种类型的轧制机可以制造出厚度约为2至2.5毫米的压坯薄片。
将该压坯薄片叠放在其一个表面上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的部分上设有镀层的衬底金属2上。在还原性气氛或者在真空下以800至1,150℃、较佳地是850至1000℃的温度，在0.1至5.0千克力/平方厘米、较佳地是0.5至3.0千克力/平方厘米的压力下烧结该组件约20至120分钟，较佳地是30至90分钟。
在该烧结过程中，诸成分中的镍(Ni)和磷(P)生成液相Ni3P，但由于用于生成液相Ni3P的磷成分的含量不少于0.1％且少于0.5％的重量，所以所生成的液相Ni3P量是很少的，且液相Ni3P不会流出。因此，获得了将多孔烧结金属层4结合至结合层3所需的液相Ni3P量，且衬底金属2、多孔烧结金属层4、以及结合层3的接合处不会出现由于在烧结后的冷却(辐射冷却)过程中伴随温度下降多孔烧结金属层4的收缩所造成的剥落。
此外，由于在衬底金属2的一表面上形成了由镍镀层和铜镀层的两层所组成的结合层3，在烧结过程中多孔烧结金属层4和衬底金属2两构件之间借助于结合层3实现了牢固的整体结合。此外，因为减小了所生成的液相Ni3P量，所以多孔烧结金属层4的孔隙率增大。既然籍此使在流过多孔烧结金属层4的压缩气体中的压力损失减少，穿过多孔烧结金属层4的轴承表面8喷出的气体的供应压力就相应地上升，从而可以增加浮动量。因此，可以获得一种用于多孔质流体静压空气推力轴承11的轴承材料，其中多孔烧结金属层4和衬底金属2借助于结合层3牢固地结合成一体。
图5示出对于如下地制作的轴承材料的衬底金属2与多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度：牛/平方毫米)：具有上述的成分组成的压坯薄片叠放在衬底金属2上，该衬底金属2的表面上形成有结合层3，所述结合层3包括三种层，这三种层包括：(1)一3微米厚的镍镀层和一10微米厚的铜镀层；(2)一3微米厚的镍镀层和一15微米厚的铜镀层；以及(3)一3微米厚的镍镀层和一20微米后的铜镀层。该组件在还原性气氛中以930℃的温度在1.0千克力/平方厘米的压力下烧结85分钟。
如可从图5中看出的，在镀层(1)中，所示的衬底金属2与多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)为6.5至7.2牛/平方毫米；在镀层(2)中，所示的衬底金属2与多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)为7.1至7.7牛/平方毫米；以及在镀层(3)中，所示的衬底金属2与多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)为6.8至7.4牛/平方毫米。因此，在镀层(1)至(3)中，示出的衬底金属2与多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)在所有情况下都为6.5牛/平方毫米或更大。因此，即使最终的多孔烧结金属层4的平表面承受诸如磨削或研磨之类的机械加工，衬底金属2与多孔烧结金属层4之间也不会发生诸如剥落或类似的问题。
这样就获得一种推力轴承材料，它的多孔烧结金属层4借助于结合层3烧结到盘形衬底金属2的表面上。该轴承材料的多孔烧结金属层4的平表面承受诸如磨削或研磨之类的机械加工，以使其粗糙度成为10-3毫米或更小，籍此来获得一个所想要的具有轴承表面8的多孔质流体静压空气推力轴承11。
〔多孔质流体静压空气径向轴承1的制造方法〕
备制用奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢或者铁素体不锈钢制成的中空圆筒形衬底金属2。在该衬底金属2的内表面上分别以沿着轴向相等的间距形成多条环形凹槽6以及用来使诸环形凹槽6能相互连通并沿着轴向延伸的凹槽7。此外，形成用于供应压缩气体的孔5，该孔5从衬底金属2的外表面通凹槽7。
在带有诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5的衬底金属2的内表面上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的表面部分上形成一厚度为2至20微米、较佳地是3至15微米的镍镀层。在镍镀层的表面上形成一厚度为10至25微米、较佳地是10至20微米的铜镀层。这样就在衬底金属2的内表面上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的表面部分上形成了包括镍镀层和铜镀层的两个镀层。这两个镀层构成衬底金属2与多孔烧结金属层4之间的结合层3。
通过在一混合器中混合以下成分来制备混合粉末：4％至10％重量的通过250-网目筛的细锡粉、10％至40％重量的通过250-网目筛的电解镍粉、0.7％至3.4％重量的通过120-网目筛的铜-磷(磷：14.5％)粉、2％至10％重量的通过150-网目筛的无机物质微粒以及余量的通过150-网目筛的电解铜粉。
将该混合粉末填塞入一模具中，并在3吨/平方厘米至7吨/平方厘米范围内的压实压力下进行压力模制，从而制成一中空圆筒形的压坯。
该中空圆筒形的压坯被压配合到中空圆筒形衬底金属2的带有诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5的内表面9上，且包括镍镀层和铜镀层的两镀层形成在内表面9上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之类的表面部分上。在带有压配合在内表面9上的中空圆筒形压坯的中空圆筒形衬底金属2的压坯内表面内插入一金属核芯。此外，在压坯内表面与金属核芯外表面之间的空隙中填充入陶瓷粉末。
该陶瓷粉末在烧结温度的范围内不会熔化，只要它在还原性气氛中相对压坯的混合组成的成分是中性的或不反应的，可以使用任意一种陶瓷粉末。例如，可以采用石墨、碳、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化镁(MgO)或它们的复杂氧化物。如果这些陶瓷粉末的颗粒尺寸太小，就产生若干困难，即它们的处理、装填能力较差，因此它们在35至200网目的范围是较佳的。
对于金属核芯，作为具有大的热膨胀系数并是耐久的一个较佳的例子，例如可以采用用奥氏体不锈钢制成的金属核芯(热膨胀系数大致为1.5×10-5/℃)。该核芯能采用一圆棒或一中空形状的形式。应予注意的是，金属核芯的外径较佳地是比压坯内径小10至30毫米或该数值左右。
接着，在还原性气氛或者在真空下以800至1,150℃、较佳地是850至1000℃的温度烧结这样制备的组件约20至120分钟，较佳地是30至90分钟。在该烧结过程中，陶瓷粉末限制压坯在其烧结过程中向径向向内侧的膨胀量，以及限制烧结后在冷却过程中压坯向径向向内侧的收缩量。此外，通过利用烧结过程中核芯的膨胀，压坯对结合层3的产生很高的接触压力。
在该烧结过程中，诸成分中的镍(Ni)和磷(P)生成液相Ni3P，但由于用于生成液相Ni3P的磷成分的含量不少于0.1％且少于0.5％的重量，所以所生成的液相Ni3P量是很少的，且液相Ni3P不会流出。因此，获得了将多孔烧结金属层4结合至结合层3所需的液相Ni3P量，且衬底金属2、多孔烧结金属层4、以及结合层3的接合处不会出现由于在烧结后的冷却(辐射冷却)过程中伴随温度下降多孔烧结金属层4的收缩所造成的剥落。
此外，由于在衬底金属2的中空的内圆筒表面9上形成了由镍镀层和铜镀层的两层所组成的结合层3，在烧结过程中多孔烧结金属层4和衬底金属2两构件之间借助于结合层3实现了牢固的整体结合。此外，因为通过减小磷成分的组分量而减小了所生成的液相Ni3P量，所以多孔烧结金属层4的孔隙率增大。既然籍此使在流过多孔烧结金属层4的压缩气体中的压力损失减少，流过多孔烧结金属层4的轴承表面8喷出的气体的供应压力就相应地上升，从而可以增加浮动量。因此，可以获得一种用于多孔质流体静压空气径向轴承11的轴承材料，其中多孔烧结金属层4和衬底金属2借助于结合层3牢固地结合成一体。
这样就获得一种径向轴承材料，它的多孔烧结金属层4借助于结合层3烧结到中空圆筒形衬底金属2的内表面9上。在该径向轴承材料中，中空圆筒形衬底金属2与借助于结合层3烧结到衬底金属2的内表面9上的多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)为6.5牛/平方毫米或更大。因此，即使最终的多孔烧结金属层4的圆筒形内表面承受诸如磨削或研磨之类的机械加工，衬底金属2与多孔烧结金属层4之间也不会发生诸如剥落或类似的问题。
这样获得的轴承材料的多孔烧结金属层4的圆筒形内表面承受诸如磨削或研磨之类的机械加工，以使其粗糙度成为10-3毫米或更小，籍此来获得一个所想要的具有轴承表面8的多孔质流体静压空气径向轴承1。
下文将对本发明例子进行更为详细的描述。应予理解的是，在以下的比较例中，多孔烧结金属层4无法结合到不锈钢制成的衬底金属2上，所以在比较例中将用于机械结构用途的碳素钢(S45C)用作衬底金属2。
例子1
备制一用马氏体不锈钢〔SUS 420 J2(B)〕制成中空圆筒形衬底金属2，其内径为30毫米，外径为45毫米，以及长度为30毫米。在该中空圆筒形衬底金属2的内表面9中分别形成：三条环形凹槽6，宽度为2毫米，深度为2毫米，并沿着衬底金属2的轴向等间距地布置；以及用来使诸环形凹槽6相互连通的凹槽7，且凹槽7沿着衬底金属2的轴向延伸。此外，形成一孔5，该孔5从衬底金属2的外表面25通向凹槽7。
在其中带有诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5的中空圆筒形衬底金属2的内表面9上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的表面部分上形成一3微米厚的镍镀层。在镍镀层的表面上形成一10微米厚的铜镀层。这样将形成了两个镀层。
通过在一V型混合器中混合以下成分5分钟来制备一混合粉末(铜：58.85％的重量；锡：8％的重量；镍：28％的重量；磷：0.15％的重量；以及石墨：5％的重量)：8％重量的通过250-网目筛的细锡粉、28％重量的通过250-网目筛的电解镍粉、1.0％重量的通过120-网目筛的铜一磷(磷：14.5％)粉、5％重量的通过150-网目筛的石墨粉末(无机物质微粒)以及余量的通过150-网目筛的电解铜粉。
将该混合粉末填塞入一模具中，并在3吨/平方厘米至7吨/平方厘米范围内的压实压力下进行压力模制，从而制成一中空圆筒形的压坯，且其内径为26毫米、外径为30毫米以及长度为30毫米。
该中空圆筒形的压坯被压配合到中空圆筒形衬底金属2的内表面9上。在压配合到衬底金属2的内表面上的压坯内表面内插入一圆棒(金属核芯)，该圆棒用奥氏体不锈钢制成，外径为16毫米，长度为30毫米。此外，在中空圆筒形压坯内表面与圆棒外表面之间的空隙中填充入陶瓷粉末(Al2O3：83％的重量和SiO2：17％的重量，通过35-150的网目的混合物)。接着，在氨分解气体的气氛以930℃的温度烧结该组件60分钟。然后，就获得一种用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其中多孔烧结金属层4借助于结合层3整体地结合到中空圆筒形衬底金属2的内表面9上。在该径向轴承材料中，中空圆筒形衬底金属2与整体地结合到衬底金属2的内表面9上的多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)为6.7牛/平方毫米。在图6中示出了该轴承材料的多孔烧结金属层4的孔隙率。
然后，对多孔烧结金属层4的内表面进行磨削，以使所获得的多孔质流体静压空气径向轴承1中，在中空圆筒形衬底金属2的内表面9提供具有轴承表面8的一1.7毫米厚的多孔烧结金属层4。
例子2
以与例1相同的方式制备中空圆筒形衬底金属2，该衬底金属2设有环形凹槽6、凹槽7以及孔5，并且设置包括形成在内表面9上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的表面部分上的一3微米厚的镍镀层和形成在镍镀层的表面上的一15微米厚的铜镀层的两镀层。
通过在一V型混合器中混合以下成分5分钟来制备一混合粉末(铜：58.71％的重量；锡：8％的重量；镍：28％的重量；磷：0.29％的重量；以及石墨：5％的重量)：8％重量的通过250-网目筛的细锡粉、28％重量的通过250-网目筛的电解镍粉、2.0％重量的通过120-网目筛的铜-磷(磷：14.5％)粉、5％重量的通过150-网目筛的石墨粉末(无机物质微粒)以及余量的通过150-网目筛的电解铜粉。
之后，以与上述例子1相同的方法来获得一用于多孔质流体静压空气径向轴承1的轴承材料，其中多孔烧结金属层4借助于结合层3整体地结合到中空圆筒形衬底金属2的内表面9上。在该径向轴承材料中，衬底金属2与整体地结合到衬底金属2的内表面9上的多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)为7.2牛/平方毫米。在图6中示出了该轴承材料的多孔烧结金属层4的孔隙率。
然后，对多孔烧结金属层4的内表面进行磨削，以使所获得的多孔质流体静压空气径向轴承1中，在中空圆筒形衬底金属2的内表面9提供具有轴承表面8的一1.7毫米厚的多孔烧结金属层4。
例子3
以与例1相同的方式制备中空圆筒形衬底金属2，该衬底金属2设有诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5，并且设置包括形成在内表面9上除了诸环形凹槽6、凹槽7以及孔5之外的表面部分上的一10微米厚的镍镀层和形成在镍镀层的表面上的一20微米厚的铜镀层的两镀层。
通过在一V型混合器中混合以下成分5分钟来制备一混合粉末(铜：58.58％的重量；锡：8％的重量；镍：28％的重量；磷：0.42％的重量；以及石墨：5％的重量)：8％重量的通过250-网目筛的细锡粉、28％重量的通过250-网目筛的电解镍粉、3.0％重量的通过120-网目筛的铜-磷(磷：14.5％)粉、5％重量的通过150-网目筛的石墨粉末(无机物质微粒)以及余量的通过150-网目筛的电解铜粉。
之后，以与上述例子1相同的方法来获得一用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其中多孔烧结金属层4借助于结合层3整体地结合到中空圆筒形衬底金属2的内表面9上。在该径向轴承材料中，衬底金属2与整体地结合到衬底金属2的内表面9上的多孔烧结金属层4之间的结合强度(抗剪强度)为7.0牛/平方毫米。在图6中示出了该轴承材料的多孔烧结金属层4的孔隙率。
然后，对多孔烧结金属层4的内表面进行磨削，以使所获得的多孔质流体静压空气径向轴承1中，在中空圆筒形衬底金属2的内表面9提供具有轴承表面8的一1.7毫米厚的多孔烧结金属层4。
比较例1
备制一机械结构用途的碳素钢(S45C)制成的中空圆筒形衬底金属2，其内径为30毫米，外径为45毫米，以及长度为30毫米。在该中空圆筒形衬底金属的内表面中分别形成：三条环形凹槽，宽度为2毫米，深度为2毫米，并沿着衬底金属的轴向等间距地布置；以及用来使诸环形凹槽相互连通的一连通凹槽，且连通凹槽沿着衬底金属的轴向延伸。此外，在形成一供应孔，该供应孔从衬底金属的外表面通向连通凹槽。
通过在一V型混合器中混合以下成分5分钟来制备一混合粉末(铜：58.42％的重量；锡：8％的重量；镍：28％的重量；磷：0.58％的重量；以及石墨：5％的重量)：8％重量的通过250-网目筛的细锡粉、28％重量的通过250-网目筛的电解镍粉、4.0％重量的通过120-网目筛的铜-磷(磷：14.5％)粉、5％重量的通过150-网目筛的石墨粉末(无机物质微粒)以及余量的通过150-网目筛的电解铜粉。
之后，以与上述例子1相同的方法来获得一用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其中多孔烧结金属层整体地结合到中空圆筒形衬底金属的内表面上。在图6中示出了该轴承材料的多孔烧结金属层的孔隙率。然后，对多孔烧结金属层的内表面进行磨削，以使所获得的多孔质流体静压空气径向轴承中，在中空圆筒形衬底金属的内表面上形成具有轴承表面的一1.7毫米厚的多孔烧结金属层。
比较例2
以与上述比较例1的相似的方法制备一中空圆筒形衬底金属。
通过在一V型混合器中混合以下成分5分钟来制备一混合粉末(铜：57.98％的重量；锡：8％的重量；镍：28％的重量；磷：1.02％的重量；以及石墨：5％的重量)：8％重量的通过250-网目筛的细锡粉、28％重量的通过250-网目筛的电解镍粉、7.0％重量的通过120-网目筛的铜-磷(磷：14.5％)粉、5％重量的通过150-网目筛的石墨粉末(无机物质微粒)以及余量的通过150-网目筛的电解铜粉。
之后，以与上述例子1相似的方法来获得一用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其中多孔烧结金属层整体地结合到中空圆筒形衬底金属的内表面上。在图6中示出了该轴承材料的多孔烧结金属层的孔隙率。然后，对多孔烧结金属层的内表面进行磨削，以使所获得的多孔质流体静压空气径向轴承中，在中空圆筒形衬底金属的内表面上形成具有轴承表面的一1.7毫米厚的多孔烧结金属层。
对在上述例子1至3以及比较例1和2中所获得的轴承材料和多孔质流体静压空气径向轴承在空气中的敞喷流率(纳升/小时(Nl/hr))分别进行测量，并且对流率比(多孔质流体静压空气径向轴承的敞喷流率/轴承材料的敞喷流率)进行研究。对于测量敞喷流率的方法，在各轴承材料和各多孔质流体静压空气径向轴承中从供应孔引入供应压力为5千克/平方厘米的压缩空气，并测量流过多孔多孔烧结金属层的压缩空气的每小时的流量(纳升/小时)。
图7示出了例子1至3以及比较例1和2中所获得的多孔质流体静压空气径向轴承和轴承材料的敞喷流率，以及它们的流率比(多孔质流体静压空气径向轴承的敞喷流率/轴承材料的敞喷流率)。从图表中人们会认同，敞喷流率比依据形成多孔烧结金属层的诸成分中的磷成分混合量的0.5％的重量作为一个分界线而开始增长。
接着，对于示出了上述的敞喷流率的例子1至3以及比较例1和2的多孔质流体静压空气径向轴承，通过供应孔引入供应压力为5千克/平方厘米的压缩空气，并对在流过多孔烧结金属层的压缩空气作用下插入各径向轴承的轴承表面内的轴的浮动量(微米)进行研究。
图8是示出了例子1至3以及比较例1和2中的多孔质流体静压空气径向轴承的荷载(千克力)和浮动量之间关系的图表。从该图表中人们会认同，与在比较例1和2中的多孔质流体静压空气径向轴承相比，在例子1至3的多孔质流体静压空气径向轴承中，相对它们的荷载的浮动量大。
从图8所示的结果中可以推测，尽管例子1至3以及比较例1和2中的多孔质流体静压空气径向轴承1的敞喷流率基本相同(见图7)，但例子1至3中的多孔质流体静压空气径向轴承的浮动量比比较例1和2中的大的原因可归因于在各例子和比较例(见图6)中的轴承材料孔隙率的量值。亦即，在各例子中的轴承材料的多孔烧结金属层4孔隙率超过30％，引入穿过孔5的压缩气体在流过多孔烧结金属层4的内部时经历较小的压力损失。因此，可以推测，喷到轴承表面8上的空气供应压力相应地上升，并且供应空气对轴承表面8的喷出在多孔烧结金属层4的整个表面上进行，从而增加了浮动量。不同的是，各比较例中的轴承材料的多孔烧结金属层4的孔隙率为21％至22％。因此，可以推测，供应空气对轴承表面的喷出在连通凹槽部分是较大量的，而供应空气从多孔烧结金属层的其它部分的喷出是极其微小的，致使对轴承表面的空气供应是不均衡的。
在图1和2中所示的多孔质流体静压空气径向轴承1，用于相互连通的凹槽7在衬底金属2中设置成畅开在内表面9一侧。可替代地，如图9至12所示，可以在衬底金属2的内部设置一盲孔21，且该盲孔21设置成从衬底金属2的一轴向圆环形端面22沿着衬底金属2的轴向朝向领域环形端面23延伸，以使环形凹槽6能相互连通。以及，在具有这样的用于相互连通的一盲孔21的多孔质流体静压空气径向轴承1中，多孔烧结金属层4覆盖衬底金属2的内表面9一侧的各环向凹槽6的开口，并借助于结合层3与衬底金属2的圆筒形内表面9结合成一体，且多孔烧结金属层4的圆筒形内表面用作轴承表面8。
图9至12中所示的多孔质流体静压空气径向轴承1还包括设置在金属衬底2内部的一用于供应压缩空气的盲孔26，且该盲孔26设置成沿衬底金属2的径向方向在圆筒形外表面处开口，并从衬底金属2的外表面25向用于连通的盲孔21径向延伸，以与盲孔21和诸环向凹槽一起构成压缩气体供应装置。
盲孔21在衬底金属2的端面22处开口的轴向端27设有用于装配一插塞28的装配装置的一螺纹凹槽29。盲孔21的另一轴向端除了衬底金属2的端面23之外由衬底金属2自身封闭，并与盲孔26连通。通过旋紧螺纹地固定在螺纹凹槽29来装配在一端27上的插塞28封闭该一端27。盲孔26与盲孔21和诸环向凹槽6连通。
根据用于图9至12所示的多孔质流体静压空气径向轴承1的轴承材料，可以获得与上述径向轴承材料相似的优点。此外，由于使诸环向凹槽6相互连通的相互连通盲孔21设置在衬底金属2的内部，以致不畅开在衬底金属2的内表面9的一侧上，所以可以避免穿过衬底金属2的内表面9将压缩空气直接从盲孔21供应到多孔烧结金属层4。这样，供应到盲孔21的压缩气体可以通过各环向凹槽6供应到多孔烧结金属层4。因此，压缩气体可以从多孔烧结金属层4、亦即轴承表面8基本均匀地喷出。此外，由于用于相互连通的盲孔21设置在衬底金属2的内部，所以这样的一个盲孔21能容易地通过使用一钻头或类似工具来形成在衬底金属2的端面22中，这样，与在内表面9中形成用于相互连通的凹槽7的方式相比，制作效率是极其出色的。
此外，在用于图9至12所示的多孔质流体静压空气径向轴承1的径向轴承材料中，衬底金属2可以由一中空圆筒形部分31和与中空圆筒形部分31整体成形的一凸缘部分32构成，并且用于供应压缩空气的盲孔26可以设置在凸缘部分32中，从而形成一带有凸缘的径向轴承材料，如图13和14所示。在图13和14中所示的用于多孔质流体静压空气径向轴承1的径向轴承材料中，压缩空气可以与图9至12中所示的一轴承材料相同的方式被大致均匀地从多孔烧结金属层4、亦即轴承表面8喷出。此外，盲孔21能容易地通过使用一钻头或类似工具来形成在衬底金属2的端面22中，这样，制作效率是极其出色的。此外，可以在多孔烧结金属层4和不锈钢制成的衬底金属2之间实现不发生剥落或类似问题的牢固的结合和形成为一体，并且能够通过增大多孔烧结金属层4的孔隙率来增加流过多孔烧结金属层4的压缩空气所产生的浮动量。
根据本发明，由于多孔烧结金属层在烧结后所发生的收缩量小，所以多孔烧结金属层可以借助于结合层牢固地与不锈钢制成的衬底金属形成为一体。此外，由于多孔烧结金属层的孔隙率增加，所以流通穿过多孔烧结金属层的压缩气体的压力损失减小。结果，喷到多孔烧结金属层的表面(轴承表面)上气体的供应压力相应地增加，从而可以增加浮动的量。
此外，根据本发明，可以提供一种用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，它可以使从多孔烧结金属层的表面喷出的压缩气体的不均匀性最小，并且在制作效率方面很出色。本发明也提供了一种使用该轴承材料的多孔质流体静压空气径向轴承。

Claims (30)

1.一种用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，它包括：
一用不锈钢制成的衬底金属；以及
一多孔烧结金属层，它借助于一结合层与所述衬底金属的至少一个表面形成为一体，且在所述多孔烧结金属层的晶界处以散布的方式包含有无机物质微粒，
包含无机物质微粒的多孔烧结金属层包含：4％至10％重量的锡、10％至40％重量的镍、不少于0.1％且少于0.5％重量的磷以及余量的铜。
2.如权利要求1所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，无机物质微粒以重量的2％至10％的比例包含在所述多孔烧结金属层中。
3.如权利要求1或2所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，无机物质微粒是至少以下一种物质的微粒：石墨、氮化硼、石墨氟化物、氟化钙、氧化铝、氧化硅以及金刚砂。
4.如权利要求1至3中任一项所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，所述衬底金属成形为一中空的圆筒形状，并且包含散布状态的无机物质微粒的所述多孔烧结金属层借助于所述结合层一体地结合在所述衬底金属的一圆筒形表面上。
5.如权利要求1至3中任一项所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，所述衬底金属形成为一平面形状，并且包含散布状态的无机物质微粒的所述多孔烧结金属层借助于所述结合层一体地结合在所述衬底金属的一平面表面上。
6.如权利要求1至5中任一项所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，结合层包括至少一镍镀层，并且镍镀层结合在所述衬底金属的至少一个表面上。
7.如权利要求1至5中任一项所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，所述结合层包括两个镀层，即包括一镍镀层和一铜镀层，并且镍镀层结合在所述衬底金属的至少一个表面上，铜镀层结合在镍镀层上。
8.如权利要求7所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，铜镀层结合在镍镀层的正表面上。
9.如权利要求7或8所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，铜镀层的厚度不小于10微米且不大于25微米。
10.如权利要求7或8所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，铜镀层的厚度不小于10微米且不大于20微米。
11.如权利要求6或10中任一项所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，镍镀层的厚度不小于2微米且不大于20微米。
12.如权利要求6或10中任一项所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，镍镀层的厚度不小于3微米且不大于15微米。
13.如权利要求1或12中任一项所述的用于多孔质流体静压空气轴承的轴承材料，其特征在于，所述衬底材料设有用于将压缩气体供应到包含散布状态的无机物质微粒的所述多孔烧结金属层的装置。
14.一种用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，它包括：
一用不锈钢制成、并具有一圆筒形内表面的衬底金属；
多个环向凹槽部分，诸环形凹槽部分以轴向并列且在一内表面侧畅开的方式设置在所述衬底金属内表面中；
一用于相互连通的盲孔部分，它以沿着所述衬底金属轴向从衬底金属的一环形端面向其另一环形端面延伸的方式设置在衬底金属内部，以使诸环形凹槽相互连通；以及
一中空圆筒形的多孔烧结金属层，用于覆盖衬底金属的内表面上的各环形凹槽部分的开口，并借助于所述结合层与所述衬底金属的圆筒形内表面结合成一体。
15.如权利要求14所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，所述用于相互连通的盲孔部分的一端在所述衬底金属的一环形端面畅开，且所述用于相互连通的盲孔部分的另一端被除了所述衬底材料的另一环形端面之外被所述衬底材料自身封闭。
16.如权利要求15所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，还包括装配装置，用于装配封闭用于相互连通的盲孔部分的一端的一插塞。
17.如权利要求16所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，所述装配装置有一带螺纹的凹槽。
18.如权利要求14至17中任一项所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，还包括一用于供应压缩气体的盲孔部分，它设置在所述衬底金属内部，且在所述衬底金属的外表面畅开，并从所述衬底金属的外表面向所述用于相互连通的盲孔部分径向地延伸。
19.如权利要求14至18中任一项所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，所述多孔烧结金属层包括包含锡、镍、磷及铜的烧结金属的晶界，以及散布在烧结金属晶界处的无机物质微粒。
20.如权利要求19所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，在烧结金属的晶界处包含4％至10％重量的锡、10％至40％重量的镍、不少于0.1％且少于0.5％重量的磷以及余量的铜。
21.如权利要求19或20所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，以重量的2％至10％的比例包含无机物质微粒。
22.如权利要求19至21中任一项所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，无机物质微粒是至少以下一种物质的微粒：石墨、氮化硼、石墨氟化物、氟化钙、氧化铝、氧化硅以及金刚砂。
23.如权利要求14至22中任一项所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，所述结合层包括至少一镍镀层，并且镍镀层结合在所述衬底金属的圆筒形内表面上。
24.如权利要求14至23中任一项所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，所述结合层包括两个镀层，即包括一镍镀层和形成在镍镀层正表面上的一铜镀层，并且镍镀层结合在所述衬底金属的圆筒形内表面上，铜镀层结合在镍镀层上。
25.如权利要求24所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，铜镀层的厚度不小于10微米且不大于25微米。
26.如权利要求24所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，铜镀层的厚度不小于10微米且不大于20微米。
27.如权利要求23或26中任一项所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，镍镀层的厚度不小于2微米且不大于20微米。
28.如权利要求23或26中任一项所述的用于多孔质流体静压空气径向轴承的轴承材料，其特征在于，镍镀层的厚度不小于3微米且不大于15微米。
29.一种使用如权利要求14至28中任一项所述的轴承材料的多孔质流体静压空气径向轴承。
30.如权利要求29所述的多孔质流体静压空气径向轴承，其特征在于，用于封闭所述用于相互连通的盲孔部分的一端的一插塞装配在该盲孔部分的一端中。
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