SE465318B - Sintrad kiselnitridkropp samt anvaendning av densamma - Google Patents

Description

4655 3'I8 10 15 20 30 35 2 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN I enlighet med uppfinningen åstadkommes en sintrad kropp av kiselnitrid med hög hårdhet innefattande 10-50 % av kiselnitrid av a-typ räknat på totalvikten av kisel- nitrid, vilken kropp har en Knoop-hårdhet av minst 15,5 Gps ash sn böjhållfasthet sv minst 1oo kg/mmz.

KORT RITNINGSBESKRIVNING Uppfinningen skall beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna.

På dessa är fig 1 ett diagram, som visar sambandet mellan a-Si3N4-halten och Knoop-hårdheten samt fyrpunkts- -böjhållfastheten, varvid kurva Å visar Knoop-hârdheten och kurva B visar fyrpunkts-böjhållfastheten.

Fig 2 är ett diagram som visar sambandet mellan a-Si3N4-halten och utmattningslivslängden vid rullning.

BESKRIVNING AV FOREDRAGNA UTFORINGSFORMER I den sintrade kroppen av kiselnitrid enligt upp- finningen är halten kiselnitrid av a-typ 10-50 %, före- trädesvis 15-45 %, mera föredraget 26-40 %, räknat på vikt. När halten kiselnitrid av a-typ är mindre än 10 % blir Knoop-hårdheten mindre än 15,5 GPa och man uppnår inte kiselnitrid med hög hårdhet, medan när halten över- stiger 50 % så sjunker hållfastheten. Detta innebär att när halten kiselnitrid av a-typ ligger utanför det vid uppfinningen definierade området erhålles inte en sintrad kropp med förbättrad mekanisk hållbarhet, såsom nötningsbeständighet, utmattningslivslängd vid rullning och liknande.

I den sintrade kroppen av kiselnitrid enligt upp- finningen är vidare Knoop-hårdheten minst 15,5 GPa, före- trädesvis minst 16 GPa, och mera speciellt minst 16,5 GPa.

När Knoop-hårdheten är mindre än 15,5 GPa kan kraven på hårdhet för lagermaterial inte uppfyllas.

Det är vidare gynnsamt om den sintrade kroppen har en böjhållfasthet av minst 100 kg/mmz, företrädes- vis minst 110 kg/mmz. när böjhà11fssthstsn är minst 100 kg/mmz ökar nämligen motståndskraften mot mekanisk påkänning och brott förekommer knappast vid användning. 10 15 20 25 30 35 ILGSES É5'){3 3 Den sintrade kroppen av kiselnitrid enligt uppfinningen har vidare lämpligen en elasticitetsmodul av minst 290 GPa, företrädesvis minst 295 GPa, och i synnerhet minst 300 GPa. När elasticitetsmodulen är minst 290 GPa blir nämligen nötningsbeständigheten gynnsamt hög.

Halten kiselnitrid av d-typ i den sintrade kroppen av kiselnitrid enligt uppfinningen kan regleras till ett önskat värde genom att på tillämpligt sätt ändra betingelser, såsom temperatur och hålltid vid het iso- statisk pressning (HIP) vid påföljande tillverkningssteg, temperatur och hålltid vid det primära sintringssteget, slag, mängd och kombination av tillsatsmedel, osv.

Halten av kiselnitrid av d-typ (Si3N4) i den sintra- de kroppen av kiselnitrid bestäms vidare såsom följer.

Halten bestäms från förhållandet i topphöjd mellan d-Si3N4 (nr 9-250) och ß-Si3N4 (nr 9-259), som visas på JCPDS-Card enligt följande ekvation med hjälp av en röntgendiffraktionsanordning: Ia(1o2> + Ia(21o) x l0O(%) a-Si3N4-halt = I@(lø2) + Ia<21o) + Iß<1o1) + Iß<21o> där Ia(lO2) är topphöjden för d-Si3N4 (102), Ia(210) är topphöjden för d-Si3N4 (210), Iß(l01) är topphöjden för 6-Si3N4 (101), och IB(2l0) är topphöjden för B-Si3N4 (210).

De sintrade kropparna av kiselnitrid enligt upp- finningen används företrädesvis inte bara som lager- element, såsom lågfriktionslager, glidlager eller lik- nande, utan också som glidelement i den glidande delen hos en luftslid, en svarvbädd eller liknande, liksom såsom nötningsmotståndskraftigt element i en del, som bringas i kontakt med ett rörligt föremål, såsom en gas, vätska, partiklar eller liknande (t ex singel, munstycken).

Följande exempel ges för att belysa uppfinningen och är inte avsedda att begränsa densamma. 465 518 l0 15 20 25 30 35 4 EXEMPEL l-7, Jämförande Exempel l-3 100 viktdelar Si3N4-pulver med en medelkornstorlek a-Si3N4-halt, 96 %) blandades med 7 viktdelar _ YZO3, 4 viktdelar MgO och l viktdel ZrO2 som sintrings- av 0,5 pm ( hjälpmedel och vidare med 100 viktdelar vatten, som blandades och pulveriserades i en pulveriseringsanordning av satsvis typ. Den erhållna uppslamningen försattes med 2 viktdelar polyvinylalkohol (PVA), och granulerades till pulver med hjälp av en spraytork. Detta pulver utsattes sedan för formning genom kall isostatisk press- ning (CIP) vid ett tryck av 5 ton/cmz för att därigenom åstadkomma en formad kropp med 65 mm diameter och 50 mm längd.

Den formade kroppen avfettades därefter genom att höja temperaturen med en temperaturökningshastighet av lO0°C/h och hålla temperaturen vid 500°C i 10 h i en ugn med hetluftcirkulation. Den behandlade kroppen utsattes för trycklös sintring i en kvävgasatmosfär vid en temperatur av l480°C under en hålltid av 6 h (primärt sintringssteg) och därefter för het isostatisk pressning (HIP). HIP-betingelserna inbegrep N2-gasatmos- fär, ett tryck av 400 atm och en temperatur av 1530-l750°C.

Genom att variera temperaturen erhölls olika prover med olika a-Si N 3 4 Egenskaperna hos de erhållna sintrade proverna -halter och Knoop-hårdheter. framgår av tabell l.

En skiva med diametern 50 mm och tjockleken 10 mm utskars från det HIP-behandlade provet och polerades till spegelblankt tillstånd och utsattes för utmattnings- provning vid rullning vid en hertz-påkänning av 500 kg/mmz med användning av en lagerprovare av trycktyp med 6 kulor. _ b? Provresultaten framgår också av tabell 1.

Genom att upprita diagram över resultaten i tabell l ¿ erhölls fig l (som visar sambandet mellan a-Si3N4-halten och Knoop-hården samt fyrpunkts-böjhâllfastheten) och fig 2 (som visar sambandet mellan a-Si3N4-halten och utmattningslivslängden vid rullning). 10 l5 20 25 30 35 465 318 5 Såsom framgår av tabell l och fig l och 2, uppvisar de sintrade kiselnitridkroppar, som satisfierar halten av kiselnitrid av 0-typ och Knoop-hårdheten enligt upp- finningen (Exempel l-7), en hög utmattningslivslängd vid rullning av minst 107 cykler, medan de prover som hade en a-Si3N4-halt och en Knoop-hårdhet utanför upp- finningen (Jämförande Exempel 1-3), uppvisade en låg utmattningslivslängd vid rullning av högst 106 cykler.

TABELL 1 55135 23321 Zššâäïïïs' Éšïšïíí ïÉTíïš-Egd nr halt 300 g last fàsthet modul vid rulln.

(%) (GPa) (kg/mmz) (GPa) (cykler) Exempel 1 1 12 15,5 152 292 1x1o7 " 2 15 15,0 148 298 2,sx1o7 “ 3 3 25 15,2 145 300 >30x107 " 4 4 35 11,0 130 305 >51x107 " 5 5 40 11,2 115 305 >10x107 " 6 5 45 10,0 105 320 202107 " 1 , 31 49 11,9 103 302 12x10? Jämförande examml 1 0 3 14,1 155 250 0,05x107 1 2 9 51 11,0 - 09 258 o,1x107 " 3 10 65 10,1 52 250 0,01x107 EXEMPEL 8-10, JÄMFÖRANDE EXEMPEL 4-5 Ett hundra viktdelar Si3N4-pulver med en medelkorn- storlek av 0,3 um försattes med sintringshjälpmedel, såsom framgår av tabell 2 (prov ll-15) samt 100 viktdelar vatten och blandades och pulveriserades i en oscillerande kvarn i 5 h. Därefter torkades den erhållna uppslamningen i en tork med konstant temperatur. Det torkade materialet passerades genom en 149 um sikt för erhållande av granule- rat pulver. Därpå utsattes pulvret för formninq genom kall isostatisk pressning (CIP) vid ett tryck av 3 ton/cm2 för erhållande av en formad kropp med 30 mm diameter 465 318 10 15 20 6 och 100 mm längd. Den formade kroppen brändes vid normalt tryck i en N2-gasatmosfär under de bränningsbetingelser som anges i tabell 2 för erhållande av en sintrad kropp.

Egenskaperna hos den erhållna sintrade kroppen anges också i tabell 2.

En skiva med 15 mm diameter och 15 mm längd utskars från den trycklöst sintrade kroppen från prov nr ll-15 och polerades med diamantbryne nr 140, och utsattes sedan för nötningsprovning i en kulkvarn. Vid provningen användes ett aluminiumoxidkärl, som hade en diameter av 120 mm och som roterade med 120 r/min. Vidare blandades kiselkarbidpulver nr 100 och vatten i viktförhållandet 1:1 till bildning av en uppslamning, som placerades i kärlet upp till halva dess djup. Därefter sattes ovan- stående 5 skivor till uppslamningen och provades i 24 h.

Nötningsförlusten bestämdes genom Vägning och storlek före och efter provningen.

Vidare bestämdes Knoop-hårdheten, fyrpunkts-böjhåll- fastheten och elasticitetsmodulen i enlighet med metoderna JIS Z 2251, JIS Rl60l respektive JIS Rl602 (dynamisk modul genom ett supervågspulsförfarande). m 4655 3'l8 N QQMNQB Q.m NNN Nm H.mH om N cow H H H H mH N = N.Q CNN »HH °.mH O H Qmw H N H N HH H Hwmewxw ÜUCMHÛMEWÜ mH.Q QHN HQH m.mH NH H CNN H H H H NH OH = H@.@ »NN HOH m.mH Hm N omw H N N H NH m = mQ.° MGN NHH H.@H ON H omw H N N m HH N Hmmewxm .mmov Hav H00.

^NEU\mEv Aßmüv ^NEE\mxv Umßfi m com Aæv HSPMH ~OuN 002 HKÉN HG uwuänwm HHHUOE uwflßmmu w m HÃMHH min. |mQEwB >OHNH Lmmfiu Lfiwfio Håsfiwn wmæwwwn .HzmHmnu HwmHmmcHHwn HHmHwHxUHfi: [H52 lfluwmflm Iwwxcflmuhm lwàHHflccmnm Hwmmëmflmwn lm Qfluwcflm 1465 518 8 Såsom nämnts ovan, kan uppfinningen åstadkomma sintrade kroppar av kiselnitrid med hög hårdhet, vilka kroppar samtidigt uppfyller den Knoop-hårdhet och den böjhàllfasthet som erfordras inte bara för lagermaterial, utan också för nötningsmotståndskraftiga material och glidande material. år.

Claims (4)

1. 0 15 465 518 PATENTKRAV l. Sintrad kiselnitridkropp med hög hårdhet, k ä n n e t e c k n a d därav, att den inbegriper 10-50 % kiselnitrid av a~typ, räknat på kroppens total- vikt, vilken kropp har en Knoop-hårdhet av minst 15,5 GPa och en böjhållfasthet av minst 100 kg/mmz.

2. Sintrad kiselnitridkropp med hög hårdhet enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den har elasticitetsmodul av minst 290 GPa.

3. Sintrad kiselnitridkropp med hög hårdhet enligt kravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den framställts med hjälp av het isostatisk pressning.

4. Användning av en sintrad kiselnitridkropp med hög hårdhet enligt kravet 1, som ett lagermaterial, som ett nötningsmotståndskraftigt material, och/eller som ett glidande material.