[發明專利]一種制備大尺寸風力發電用氮化硅陶瓷球的方法

有效

• 申請號: 202010420109.6
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111548163B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 韋中華;鄭彧;李鑌;王子誠;童亞琦;陳波;張哲;張偉儒
• 申請（專利權）人: 北京中材人工晶體研究院有限公司;中材高新氮化物陶瓷有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/645
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 趙奕

本發明公開了一種制備大尺寸風力發電用氮化硅陶瓷球的方法，通過納米改性、多項固溶、顆粒級配等技術對高韌性氮化硅材料進行體系選擇；采用冷等靜壓近凈尺寸成型技術制備大尺寸氮化硅陶瓷球；結合氣壓燒結、熱等靜壓燒結后處理工藝確定最佳工藝路線，以克服目前大尺寸軸承球存在的缺點。本發明通過納米改性、多項固溶、顆粒級配等技術對高韌性氮化硅材料進行體系選擇；采用冷等靜壓近凈尺寸成型技術制備大尺寸氮化硅陶瓷球；結合氣壓燒結、熱等靜壓燒結后處理工藝確定最佳工藝路線，以克服目前大尺寸軸承球存在的尺寸大，難燒結，密度梯度不均勻，成品率低、批量穩定性差等缺點。

技術領域

本發明涉及陶瓷制備技術領域，具體提供一種制備大尺寸風力發電用氮化硅陶瓷球的方法。

背景技術

近幾年，世界先進風電軸承，包括偏航軸承、變槳軸承尤其是主軸軸承皆以混合軸承為主，混合軸承中使用的滾動體是氮化硅陶瓷球(以上)，該材料具有強度高、硬度高、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、抗蠕變、耐磨損性好的特性，并且在高溫下仍能保持其優良性能，在高溫燃氣輪機、宇航、核工業、高效率發動機零部件等高技術領域得到廣泛的應用。

氮化硅陶球混合瓷軸承工作溫度范圍可高達800℃，具有優良的自潤滑性、耐腐蝕、耐磨損性能，其工作強度、使用壽命為普通全鋼軸承的4～5倍。

但是大尺寸氮化硅球的生產主要存在尺寸大，難燒結，密度梯度不均勻，成品率低、批量穩定性差等主要問題，導致目前產業化氮化硅軸承球尺寸基本都處于以下。

發明內容

本發明的技術任務是針對上述存在的問題，為了克服大尺寸陶瓷軸承球密度不均勻，批次穩定性差的問題，提供一種制備大尺寸風力發電用氮化硅陶瓷球的方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種制備大尺寸風力發電用氮化硅陶瓷球的方法，所述方法通過添加納米TiC對氮化硅粉體進行改性，有效提高粉料燒結活性，增強材料力學性能，所述方法包括實現內容如下：

先將納米TiC和燒結助劑預混合，使得二者均勻混合，再通過高效循環攪拌磨與氮化硅粉體一起分散混合，減少納米顆粒和超細氮化硅顆粒的自身團聚，實現了氮化硅顆粒與燒結助劑的均勻混合。

先將納米TiC和燒結助劑提前充分混合，可以避免在和后面氮化硅混合時，較細的納米顆粒和交細的氮化硅顆粒團聚。

所述氮化硅陶瓷球重量份原制備料包括：氮化硅的含量為90-95％，納米碳化鈦含量為1％-2％，燒結助劑的含量為4％-8％。

所述燒結助劑為氧化釔，氧化鎂，氧化鋁，碳化鎢中的一種或多種。

所述方法具體包括步驟如下：

(1)先將納米TiC和燒結助劑預混合，使得二者均勻混合；

(2)再通過高效循環攪拌磨與氮化硅粉體一起均勻混合，減少納米顆粒和超細氮化硅顆粒的自身團聚，實現了氮化硅顆粒與燒結助劑的均勻混合。

(3)在離心式噴霧造粒機中對混合后的粉體進行造粒處理，形成待用粉料；

(4)將步驟(3)中形成的待用粉料進行壓制制型，形成球坯；

(5)將壓制好的球坯進行修型，制備出符合要求的軸承球素坯；

(6)將步驟(5)所得軸承球素坯放入氣氛壓力燒結爐內進行氣壓燒結，制備得到氣壓燒結毛坯球；

(7)將步驟(6)所得的氣壓燒結毛坯球放入熱等靜壓燒結爐進行燒結后熱等靜壓處理。

所述氮化硅粉體的相含量大于92％。

所述步驟(6)中燒結溫度為1740℃-1900℃，保溫4小時，總燒結時間15-20小時，氮氣氣氛最大壓力為8-20Mpa。