[发明专利]一种氮化硅陶瓷球

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化硅陶瓷球，属于陶瓷制备领域。

背景技术

球轴承是滚动轴承的一种，球滚珠装在内钢圈和外钢圈的中间，能承受较大的载荷。陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等特点，特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体。

氮化硅陶瓷的烧结工艺一般为三种：热等静压（HIP）、热压（HP）和气氛压力烧结。

热等静压工艺是将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化。热等静压可以直接粉末成型，粉末装入模具，然后使用氮气、氩气作加压介质，使粉末直接加热加压烧结成型的粉末冶金工艺，其烧结的压力为150MPa～200MPa。

热压烧结是将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，压力约为70Mpa，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。该方法具有降低烧结温度，缩短烧结时间，抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品的优点。然而，其烧结压力高，且过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。

气氛烧结是将陶瓷坯体在通入一定气体的炉膛内进行烧结的方法，其烧结压力为5~10MPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化硅陶瓷球，该氮化硅陶瓷球具有相对密度高、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等，可广泛用作轴承的滚动体。

一种氮化硅陶瓷球，所述陶瓷球的相对密度为98.8%~99.5%、断裂韧性为8.0MPa·m^1/2~9.2MPa·m^1/2、维氏硬度为20.5GPa~21.5GPa，球度≤0.07μm，表面粗糙度≤0.008μm。

本发明所述氮化硅陶瓷球优选所述陶瓷球的相对密度为99.0%~99.5%、断裂韧性为8.6MPa·m^1/2~9.2MPa·m^1/2、维氏硬度为21GPa～21.5GPa，球度≤0.05μm，表面粗糙度≤0.005μm。

本发明所述氮化硅陶瓷球优选所述陶瓷球的相对密度为99.2%、断裂韧性为8.9MPa·m^1/2、维氏硬度为21.3GPa，球度为0.05μm，表面粗糙度为0.005μm。

本发明所述氮化硅陶瓷球优选按下述方法制备。

一种氮化硅陶瓷球的制备方法，包括陶瓷原料制备、制坯成形、烧结和研磨抛光的步骤，按下述工艺步骤进行：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过筛，将过筛后的粉料置于球磨机中球磨；

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉于1600℃~1650℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温；

④研磨抛光：将所得陶瓷球进行研磨和抛光；

其中，步骤①中所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述氮化硅陶瓷球的制备方法优选所述步骤①按下述工艺进行：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛，将过筛后的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h~10h。

本发明所述氮化硅陶瓷球的制备方法优选所述步骤③按下述工艺进行：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至1600℃~1650℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温。

本发明所述氮化硅陶瓷球的制备方法优选所述步骤④，按下述方法进行：将陶瓷球首先进行研磨加工，随后将进行研磨加工后的工件进行抛光，陶瓷球的球度不超过0.07微米，表面粗糙度不超过0.008微米。

本发明所述氮化硅陶瓷球的制备方法优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述氮化硅陶瓷球的制备方法进一步优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述氮化硅陶瓷球的制备方法进一步优选下述技术方案：

一种氮化硅陶瓷的制备方法，包括下述工艺步骤：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛，将过筛后的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h~10h；