專利名稱：一種高α相氮化硅陶瓷軸承球的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種高α相氮化硅陶瓷軸承球的制備方法，屬于陶瓷工具的制 備技術領域。
背景技術：
氮化硅Si3N4是一種人工合成的化合物，它具有高強、超硬、耐磨、耐腐蝕、 低密度、低膨脹系數、抗熱震性好、抗氧化能力強等優(yōu)越的性能；氮化硅既是性能優(yōu)良 的高溫結構陶瓷，又是新型的功能陶瓷。近幾十年來在世界范圍內得到了高度重視和廣 泛研究，氧化硅陶瓷在化工、冶金、機械、石油、電子、航天航空等領域都得到廣泛的 應用。隨著工業(yè)技術的高速發(fā)展，對軸承的要求也越來越高，軸承結構小型化，尺寸 精密化，速度高速化，溫度高溫化，及對于高真空、防腐蝕等苛刻工況條件的滿足也日 益緊迫；采用鋼質材料的軸承對于某些性能已無法滿足，大量試驗證明，高速環(huán)境下工 作的精密軸承(轉速在4X104r/min以上)中球是軸承中最薄弱的零件，大約60% 70% 的高速軸承失效都是由于鋼球產生不同程度的疲勞破壞所致，目前，國內的高速軸承就 普遍存在這個問題；為了改善高速軸承性能以提高其疲勞壽命，國內外應用結構陶瓷來 制造球體或其他軸承零件，可顯著提高高速軸承的使用性能和壽命，其中氮化硅或氮化 硅基陶瓷復合材料是制造軸承及其零件最理想的材料，并取得了很好的使用效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種耗能低，生產周期 短，產品純度高，設備投資少，制造成本低的、用高α相氮化硅粉體制備的氮化硅陶瓷 軸承球的制備方法。本發(fā)明的目的是通過如下技術方案來完成的，它主要由如下步驟一是原料處 理，它是選用高α相氮化硅粉體作為原料，將原料放入球磨機內，球磨介質用無水酒 精，球磨后用遠紅外干燥箱將其烘干，并用篩網進行過篩，并分批次存放；二是氣壓燒 結成型，將處理后的原料在高溫高壓的同時作用下直接壓制成致密的軸承球。所述的氮化硅粉體原料要求如下 α - Si3N4 纟 93%
游離硅 <0.5%
氮含量 3 37%
氧含量 圣2%
X-射線分析主要α、少量β相
將原料放入球磨機內，在加入無水酒精介質后進行濕磨，球磨時間為80—100小 時，卸料后用遠紅外干燥箱將料烘干，用90—110目篩過篩，分批次存放供氣壓燒結成 型。
所述的氣壓燒結成型是氮化硅粉料先在鋼模中預壓成型，并使預成型件裝入 氣壓模前具有一定強度即可，預壓成型是在控制壓制速度，緩慢加壓條件下進行；然后 將預成型件放在模具的下墊塊上，最后套上氣壓外模套，裝上上壓頭；將裝好粉料的氣 壓模裝入氣壓爐內，密封爐門，通入氮氣進行保護，然后進行氣壓燒結成型；氣壓完成 后，等模具冷卻后即可脫模成氣壓陶瓷軸承球。所述的氣壓 陶瓷軸承球的最佳氣壓溫度為1450°C土 5°C，加壓的單位壓力一 般為4-6MPa;壓模裝爐后，先施以初壓，將料壓緊，初壓一般為總壓的30-50%;當 溫度升至500-700°C時，壓力升至總壓的40-50% ；溫度升至1000-1400°C時，壓力升至 總壓力的60-70%;溫度達到1200-1350°C時，壓力保持在總壓的85%左右；溫度升至 1450°C時，壓力為總壓力的100%;當保溫結束后，分階段降溫，讓模具在壓機上冷卻后 脫模成陶瓷軸承球。本發(fā)明主要采用高純人工合成化學物質，即高α相氮化硅粉體，經過先進的氣 壓成型燒結工藝制成，具有能獲得致密性能優(yōu)良的陶瓷軸承球，制品質量密度高，強度 高，硬度高，耐磨性較好；能準確地控制產品形狀；生產期短，質量穩(wěn)定可靠等特點。
具體實施例方式下面將結合具體實施例對本發(fā)明作詳細的介紹本發(fā)明所述的氮化硅陶瓷軸承 球生產工藝包括一是原料處理，它是選用高α相氮化硅粉體作為原料，將原料放入球 磨機內，球磨介質用無水酒精，球磨后用遠紅外干燥箱將其烘干，并用篩網進行過篩， 并分批次存放；二是氣壓燒結成型，將處理后的原料在高溫高壓的同時作用下直接壓制 成致密的軸承球。一.原料處理工藝氮化硅陶瓷軸承球屬于高技術陶瓷產品，主要采用高純人 工合成化學物質，經過先進的工藝技術制成。對原料的要求達到高純性，不得混入任何 其他雜質，否則嚴重影響產品質量
對原料氮化硅粉體的要求 α - Si3N4 纟 93% 游離硅 <0.5% 氮含量 3 37% 氧含量 圣2% X-射線分析主要α、少量β相 處理工藝流程是
原料加無水酒精一按重量裝入磨球筒一濕磨一卸料一過篩一保存。將原料放入球磨機內，球磨介質用無水酒精，球磨時間為96小時，然后用遠 紅外干燥箱將料烘干；用100目篩過篩，分批次存放。具體球磨時間還包括80—100小 時內的任意選擇；而所述的篩網過篩，還包括90—110目內的篩網作任意選擇。二.氣壓燒結成型工藝氣壓成型燒結是陶瓷軸承球制造中最有效最新的工 藝。氣壓法是將處理后的原料在通入保護氣氛下、高溫高壓的同時作用下直接壓制成致 密的軸承球。與其他方法相比，具有以下優(yōu)點能獲得致密性能優(yōu)良的陶瓷軸承球；質 量密度高，強度高，硬度高，耐磨性較好；能準確地控制產品形狀尺寸；生產期短，質量穩(wěn)定可靠。氣壓燒結成型的工藝流程是
—過篩一破碎一預壓、裝模廢坯 I個
合格料一按要求稱重一預壓成型一裝模一裝爐一氣壓燒結一緩慢冷卻一脫模一檢驗 —入庫
氣壓成型的用料，必須徹底干燥。合格粉料先在鋼模中預成型，鋼模和氣壓模必須 配套。預成型件裝入氣壓模前具有一定強度即可。裝模時產生廢坯經破碎和過篩后，仍 可使用。預壓成型一般需控制壓制速度，緩慢加壓。預壓件允許有不嚴重的開裂、分 層、輕微掉角現象。脫模時可用預先涂上氮化硼石墨墊塊托住。裝入氣壓模前先用氮化 硼涂料涂在石墨墊塊內襯兩側及氣壓模內壁，起到不粘模作用。預成型件仔細放在模具 的下墊塊上，最后套上氣壓外模套，裝上上壓頭。將裝好粉料的氣壓模裝入氣壓爐內， 密封爐門，通入氮氣、氧氣、氫氣進行保護，然后進行氣壓燒結成型。氣壓完成后，等 模具冷卻即可脫模。氣壓工藝對陶瓷軸承球的質量起決定性的作用，壓力及保溫時間尤 為重要，必須嚴格控制。氣壓陶瓷軸承球的最佳氣壓溫度為1450°C土 5°C，若氣壓溫度過低，此時液 相生成量太少，軸承球達不到理論密度和要求的各種性能。如溫度太高，Si N 分解加 劇，影響軸承球質量，并造成表面不平整等現象。加壓的單位壓力一般為4-6MPa;壓模裝爐后，先施以初壓，將料壓緊；初 壓一般為總壓的30-50%。當溫度升至500-700°C時，壓力升至總壓的40_50%。溫度升 至1000-1400°C時，壓力升至總壓力的60-70%。溫度達到1200-1350°C時，壓力保持在 總壓的85%左右。溫度升至1450°C時，壓力為總壓力的100%.當保溫結束后，分階段降 溫，讓模具在壓機內冷卻。本發(fā)明的其它實施例的具體氣壓溫度可在上述氣壓溫度范圍 中任意選擇；同樣，加壓的單位壓力也可以在上述壓力范圍內任意選擇。
權利要求
1.一種氮化硅陶瓷軸承球的制備方法，其特征在于它主要有如下步驟一是原料 處理，它是選用高α相氮化硅粉體作為原料，將原料放入球磨機內，球磨介質用無水酒 精，球磨后用遠紅外干燥箱將其烘干，并用篩網進行過篩，并分批次存放；二是氣壓燒 結成型，將處理后的原料在氮氣、氧氣、氫氣氣氛高溫高壓的同時作用下直接壓制成致 密的軸承球。
2.根據權利要求1所述的氮化硅陶瓷軸承球的制備方法，其特征在于所述的氮化硅粉 體原料要求如下α - Si N 纟 93%, 游離硅 <0.5%， 氮含量 嘗37%, 氧含量 圣2%， X-射線分析主要α、少量β相， 將原料放入球磨機內，在加入無水酒精介質后進行濕磨，球磨時間為80—100小 時，卸料后用遠紅外干燥箱將料烘干，用90—110目篩過篩，分批次存放供氣壓燒結成 型。
3.根據權利要求2所述的氮化硅陶瓷軸承球的制備方法，其特征在于所述的氣壓燒結 成型是氮化硅粉料先在鋼模中預壓成型，并使預成型件裝入氣壓模前具有一定強度即 可，預壓成型是在控制壓制速度，緩慢加壓條件下進行；然后將預成型件放在模具的下 墊塊上，最后套上氣壓外模套，裝上上壓頭；將裝好粉料的氣壓模裝入氣壓爐內，密封 爐門，通入氮氣、氫氣、氧氣三種氣體氣氛下進行，然后進行氣壓燒結成型；氣壓完成 后，等模具冷卻即可脫模成氣壓陶瓷軸承球。
4.根據權利要求3所述的氮化硅陶瓷軸承球的制備方法，其特征在于所述的氣壓陶 瓷軸承球的最佳氣壓溫度為1450°C土 5°C，加壓的單位壓力一般為4-6MPa;壓模裝爐 后，先施以初壓，將料壓緊，初壓一般為總壓的30-50% ；當溫度升至500-700°C時，壓 力升至總壓的40-50%;溫度升至1000-1200°C時，壓力升至總壓力的60-70% ；溫度達 到1200-1350°C時，壓力保持在總壓的85%左右；溫度升至1450°C時，壓力為總壓力的 100% ；當保溫結束后，分階段降溫，讓模具在壓機內冷卻后脫模成陶瓷軸承球。
全文摘要
一種氮化硅陶瓷軸承球的制備方法，它主要有如下步驟一是原料處理，它是選用高α相氮化硅粉體作為原料，將原料放入球磨機內，球磨介質用無水酒精，球磨后用遠紅外干燥箱將其烘干，并用篩網進行過篩，并分批次存放；二是氣壓燒結成型，將處理后的原料在高溫氣壓的同時作用下直接壓制成致密的軸承球；它具有能獲得致密性能優(yōu)良的陶瓷軸承球，質量密度高，強度高，硬度高，耐磨性較好；能準確地控制產品形狀；生產期短，質量穩(wěn)定可靠等特點。
文檔編號C04B35/622GK102010207SQ20101054969
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權日2010年11月18日
發(fā)明者聞本良 申請人:寧波華標特瓷采油設備有限公司