[發明專利]氮化硅陶瓷球的制備方法及氮化硅陶瓷球

在審

• 申請號: 201610152151.8
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105622109A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 楊現鋒;楊小樂;馮至峰;徐協文
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/584
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;黃麗

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，具體涉及一種氮化硅陶瓷球的制備方法及氮化硅陶瓷球。

背景技術

陶瓷球軸承在工業領域中的應用日趨廣泛。目前，應用較多的為氮化硅陶瓷球軸承。它的優點是：極限轉速高、精度保持性好、啟動力矩小、剛度高、干運轉性好、壽命長，非常適合于在高速、高溫以及腐蝕、輻射條件下保持高精度、長時間運轉，主要用于數控機床和高速精密機械中，如高速電主軸軸承、機床主軸軸承、牙鉆軸承、儀器儀表用軸承、計算機硬盤驅動器軸承等。此外，氮化硅陶瓷的硬度比軸承鋼高1倍，彈性模量約高1/3，在相同載荷的條件下，氮化硅陶瓷的彈性變形小，所以，使用氮化硅陶瓷球軸承的機床主軸具有良好的運轉精度。

氮化硅陶瓷軸承球對尺寸精度要求極高，在目前的制造技術中，主要是采用冷等靜壓技術成型。冷等靜壓技術成型具有穩定、均勻和素坯密度高等優點，但是冷等靜壓一般采用橡膠模具包套，坯體的球形度差，造成燒結后的球坯需要大量的機械加工和研磨才能滿足軸承球的球要求。由于氮化硅陶瓷硬度高，難以加工，致使后加工成本在氮化硅陶瓷軸承球的制造中占很大比重。另一方面，等靜壓成型主要依靠人工操作，效率較低。現有的氮化硅陶瓷生產過程中，一般需要經過專門的濕法球磨步驟將助燒劑和氮化硅粉進行混合，存在耗時耗能、成分容易偏析等局限。因此，尋求新的氮化硅陶瓷球制備技術成為當務之急。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種產品球形度高、磨削加工余量小、效率高、成本低的氮化硅陶瓷球的制備方法及相應的氮化硅陶瓷球。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種氮化硅陶瓷球的制備方法，包括以下步驟：

（1）將氮化硅粉（可稱為第一氮化硅粉）、助燒劑、表面活性劑和石蠟類粘結劑共混，經加熱攪拌后，得到預混料；

（2）將預混料、氮化硅粉（可稱為第二氮化硅粉）和高聚物粘結劑混合并破碎，得到注射顆粒料；

（3）將注射顆粒料在加熱、加壓下注射至含球形模腔的模具中，冷卻后得到球形素坯，經脫脂、燒結后，得到氮化硅陶瓷球。

上述的氮化硅陶瓷球的制備方法中，優選的，按質量份計，所述步驟（1）與步驟（2）的總氮化硅粉為100份，其中步驟（1）的氮化硅粉質量占總氮化硅粉質量的30%～50%，所述助燒劑為6～8份，所述表面活性劑為1～2.5份，所述石蠟類粘結劑為20～30份，所述高聚物粘結劑為3～6份。

上述的氮化硅陶瓷球的制備方法中，優選的，所述氮化硅粉為α相含量不低于90%、中位徑D₅₀不大于0.4微米的氮化硅粉；所述助燒劑為Al₂O₃與Y₂O₃的組合；所述表面活性劑為硬脂酸或油酸；所述石蠟類粘結劑為蜂蠟、全精煉石蠟（優選54#、56#或58#全精煉石蠟）和微晶蠟的組合；所述高聚物粘結劑為聚苯乙烯、聚丙烯和高密度聚乙烯的組合。

上述的氮化硅陶瓷球的制備方法中，優選的，所述助燒劑中，Al₂O₃與Y₂O₃的質量百分比為1∶1～3；所述石蠟類粘結劑中，蜂蠟、全精煉石蠟和微晶蠟的質量百分比為1∶3～5∶1；所述高聚物粘結劑中，聚苯乙烯、聚丙烯和高密度聚乙烯的質量百分比為2～4∶1∶1。

上述的氮化硅陶瓷球的制備方法中，優選的，所述步驟（1）中，所述加熱的溫度為60℃～90℃。

上述的氮化硅陶瓷球的制備方法中，優選的，所述步驟（2）中，所述混合的溫度為145℃～185℃，所述破碎是指破碎至粒徑≤4mm。

上述的氮化硅陶瓷球的制備方法中，優選的，所述步驟（3）中，所述加熱的溫度為140℃～180℃，所述加壓的壓力為40MPa～60MPa；所述含球形模腔的模具中，球形模腔的個數為2～8個，球形模腔的直徑為2.5mm～25mm；所述含球形模腔的模具裝備有熱流道（即模具具有球形模腔和熱流道即可）。

上述的氮化硅陶瓷球的制備方法中，優選的，所述步驟（3）中，所述脫脂包括先溶劑脫脂后熱脫脂；所述溶劑脫脂采用的溶劑為汽油、煤油或正庚烷脫脂，所述溶劑脫脂的時間為24h～40h，所述溶劑脫脂的溫度為35℃～55℃；所述熱脫脂的溫度為750℃～1200℃，所述熱脫脂在真空下進行。