[发明专利]一种氮化硅陶瓷球的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷球制备技术领域，特别涉及一种氮化硅陶瓷球的制备工艺。背景技术

氮化硅，化学式为Si₃N₄，是一种重要的结构陶瓷材料。它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，常常用来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。氮化硅陶瓷球是在非氧化气氛中高温烧结的精密陶瓷，具有高强度,高耐磨性,耐高温,耐腐蚀，耐酸、碱、可在海水中长期使用，并具有绝电绝磁的良好性能。其密度小，几乎是轴承钢的1/3重量，旋转时离心力小，可以实现高速运转。其还具有自润滑性，可以使用到无润滑介质高污染的环境中，成为陶瓷轴承、混合陶瓷球轴承的首选球珠。但是目前氮化硅陶瓷球的强度和抗冲击性能还有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化硅陶瓷球的制备工艺，制得的氮化硅陶瓷球强度和抗冲击性能优异。

本发明采用的技术方案如下：

一种氮化硅陶瓷球的制备工艺，以氮化硅粉为原料，经过配料、制浆、喷雾干燥、成型、定型、烧成、抛光获得。

配料时加入氧化钇、氧化铝、纳米氮化硅以及乙醇，氧化钇、氧化铝、纳米氮化硅三者各自的加入量为氮化硅粉质量的0.1-1.0%。

三者各自的加入量优选为氮化硅粉质量的0.2-0.5%。

所述的纳米氮化硅选择常规市售产品即可。

乙醇加入的量为氮化硅粉质量的4-10%。

加入氧化钇、氧化铝、纳米氮化硅以及乙醇混合均匀搅拌8-10小时后进行喷雾干燥。

定型时采用150-250MPa的压力保压3-5min。

烧成温度不低于1700℃，时间为10-14h。

优选的，定型后先进行脱胶再烧成，脱胶于1100-1200℃下进行，脱胶时间为8-12h，具体可于真空脱胶炉中进行。

氮化硅粉为高纯氮化硅粉，纯度不低于99.0%。

氮化硅可选高纯氮气和硅粉在1300-1400℃、常压烧结获得。氮化硅获得后，可选用多种方式单独多次或组合进行破碎，粒径小于1μm时更有利于后续工作的进行。因为烧结前所用的原料越细小,烧结特性及烧结的陶瓷球性能就越好,更有利于形成均匀良好的组织结构。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明氮化硅陶瓷球制备方法简单便于操作，获得的氮化硅陶瓷球强度高，抗冲击性能优异。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

一种氮化硅陶瓷球的制备工艺，以氮化硅粉为原料，经过配料、制浆、喷雾干燥、成型、定型、烧成、抛光获得。

取氮化硅粉（纯度为99.5%）1000重量份（下同），破碎至粒径为0.4μm左右；分别加入氧化钇5份、氧化铝3份、纳米氮化硅5份以及乙醇50份，充分混合均匀并搅拌10小时后进行喷雾干燥，并利用压球机成型为陶瓷球，之后于230MPa的压力压制4min进行定型。然后进入真空脱胶炉进行脱胶，温度为1150℃，时间为10小时；之后入烧结炉烧结，烧成温度为1700℃，时间为12小时。

本实施例获得的氮化硅陶瓷球抗压强度为3.5GPa，抗弯强度900MPa，韧性7.0Nm/cm²，使用温度1000℃以上。

实施例2

一种氮化硅陶瓷球的制备工艺，以氮化硅粉为原料，经过配料、制浆、喷雾干燥、成型、定型、烧成、抛光获得。

取氮化硅粉（纯度为99%）1000重量份（下同），破碎至粒径为0.4μm左右；分别加入氧化钇3份、氧化铝5份、纳米氮化硅3份以及乙醇50份，充分混合均匀并搅拌8小时后进行喷雾干燥，并利用压球机成型为陶瓷球，之后于200MPa的压力下压制3min进行定型。然后进入真空脱胶炉进行脱胶，温度为1200℃，时间为11小时；之后入烧结炉烧结，烧成温度为1750℃，时间为13小时。

本实施例获得的氮化硅陶瓷球抗压强度为3.2GPa，抗弯强度850MPa，韧性6.7Nm/cm²，使用温度1000℃以上。

实施例3

一种氮化硅陶瓷球的制备工艺，以氮化硅粉为原料，经过配料、制浆、喷雾干燥、成型、定型、烧成、抛光获得。