[发明专利]一种氮化硅增韧陶瓷球

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化硅增韧陶瓷球，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。

碳化硅晶须是一种很少缺陷的，有一定长径比的单晶纤维，它具有相当好的抗高温性能和很高强度。氮化硅陶瓷具有极高的强度很高且极耐高温，其强度在1200℃的高温不下降，受热后不会熔成融体，同时，其耐化学腐蚀性能优异，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀。

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。气氛烧结的压力为5~10MPa，热压烧结的压力为70Mpa左右，热等静压的烧结的压力为150MPa~200MPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化硅增韧陶瓷球，该增韧陶瓷球强度高、致密性好、韧性明显提高，且耐高温和耐磨优异，可广泛用作轴承的滚动体。

一种氮化硅增韧陶瓷球，所述陶瓷球的相对密度为98.6%~99.4%、断裂韧性为10.5MPa·m^1/2~11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为21.8GPa~22.6GPa、球度≤0.07μm，表面粗糙度≤0.008μm。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷优选所述陶瓷球的相对密度为99.0~99.4%、断裂韧性为11.0MPa·m^1/2~11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为22.2GPa~22.6GPa、球度≤0.05μm，表面粗糙度≤0.005μm。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷优选所述陶瓷球的相对密度为99.0%、断裂韧性为11.8MPa·m^1/2、维氏硬度为22.0GPa、球度为0.05μm，表面粗糙度为0.005μm。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷球优选按下述方法制备：

一种氮化硅增韧陶瓷球的制备方法，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℃～1800℃，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：

β-Si₃N₄                   65%~85%

SiC晶须                    10%~25%

烧结助剂                   5%~10%。

本发明所述氮化硅增韧陶瓷球的制备方法优选所述烧结助剂选自Al₂O₃、MgO、Y₂O₃、ZrO₂中的至少一种。

本发明所述氮化硅增韧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。

本发明所述氮化硅增韧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℃~1800℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温。

本发明所述氮化硅增韧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。

本发明所述氮化硅增韧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：

β-Si₃N₄                          70%~80%

SiC晶须                           15%~25%

烧结助剂                          5%~10%。