[發明專利]一種高精度氮化硅陶瓷微球及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111246756.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113800919B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 張偉儒;公平;徐金夢;王文雪;孫峰;董廷霞;高翔;宋健;呂沛遠
• 申請（專利權）人: 中材高新氮化物陶瓷有限公司;中國航發哈爾濱軸承有限公司
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622;C04B35/64;C04B35/645;F16C33/32
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉丹丹

本發明提供了一種高精度氮化硅陶瓷微球及其制備方法和應用，屬于陶瓷球制備技術領域。本發明解決了氮化硅陶瓷微球存在氣孔、異常大晶粒、表面凹坑及雪花等缺陷，實現了氮化硅陶瓷微球的高精度制備。實施例的結果表明，本發明制備的高精度氮化硅陶瓷微球維氏硬度HV10最高達到1524kg/mm²，斷裂韌性最高達到8.6MPa·m^1/2，表面粗糙度0.006μm≤Ra≤0.008μm，球直徑變動量0.03μm≤V_Dw≤0.08μm，球形誤差0.03μm≤△S_ph≤0.08μm，各項性能指標均符合GB/T308.2?2010/ISO3290?2：2008《滾動軸承珠第2部分：氮化硅陶瓷微珠》標準要求的G3級標準要求。

技術領域

本發明涉及陶瓷球制備技術領域，尤其涉及一種高精度氮化硅陶瓷微球及其制備方法和應用。

背景技術

近年來隨著人民生活水平和生活質量的提高，對牙病防治日益重視和普及。目前國內對牙醫手機配套的高速牙鉆軸承的需求不斷增加。高速牙鉆球軸承是一種薄壁超輕系列的精密微型球軸承。其轉速較高，工作時要求啟動快，低噪音，能承受一定的軸向和徑向負荷，具有良好的耐腐蝕及耐磨性能，并要求長期在潮濕的口腔中工作而不銹蝕，在正確使用條件下臨床壽命要達到六個月。高速牙鉆軸承以前主要是從國外進口，現在國內雖有少數幾家軸承企業生產，但其質量、規格和數量都滿足不了市場的需求，所以對高速牙鉆軸承的研發具有重要的意義。

Si₃N₄陶瓷球密度低，質量輕，不僅顯著降低球的離心力，而且顯著降低球的陀螺力矩，從而降低軸承的預緊載荷和減小軸承內部的接觸載荷，使軸承內部的摩擦力矩和摩擦溫升顯著降低。此外，氮化硅陶瓷球具有硬度高、耐腐蝕和摩擦磨損、熱膨脹系數小等特點。其吸收熱量低，冷卻要求較低，能在潤滑條件差的環境中運轉。同時陶瓷球較難和鋼表面出現黏附磨損，因此在高速輕載時，氮化硅陶瓷球軸承比全鋼軸承壽命長。因此，氮化硅陶瓷球非常適合作為高速牙鉆軸承滾動體的材料。

軸承在工作時，其振動會嚴重影響壽命，從而影響工作設備的穩定性、可靠性。相比于套圈和保持架，軸承滾動體的表面粗糙度是軸承振動的主要原因，會使軸承產生雜音。單粒陶瓷球體的振動主要由球體表面質量缺陷和球體的幾何形狀誤差產生。目前，牙鉆用氮化硅陶瓷微球表面質量缺陷主要為氣孔、凹坑、異常大晶粒和雪花，嚴重影響陶瓷球表面粗糙度從而降低使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高精度氮化硅陶瓷微球及其制備方法和應用，解決了氮化硅陶瓷微球存在氣孔、異常大晶粒、表面凹坑及雪花等缺陷，實現了氮化硅陶瓷微球的高精度制備。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種高精度氮化硅陶瓷微球的制備方法，包括以下步驟：

將氮化硅粉、燒結助劑和分散液進行球磨混合，得到混合料液；

將所述混合料液進行噴霧造粒，得到造粒粉；

將所述造粒粉壓制成型，得到壓制氮化硅陶瓷微球素坯；

將所述壓制氮化硅陶瓷微球素坯和較大尺寸氮化硅陶瓷素坯球裝入坩堝中依次進行氣氛壓力燒結和熱等靜壓燒結，得到氮化硅毛坯球；所述較大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直徑為氮化硅陶瓷微球素坯直徑的5～50倍；所述坩堝為多層側壁坩堝，所述多層側壁由外到內依次包括石墨外壁、中間壁和內壁；所述中間壁和內壁的延伸方向與坩堝外壁的延伸方向一致，所述中間壁和內壁的材質為氮化硅；相鄰層側壁之間的間隙大于較大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直徑；

將所述氮化硅毛坯球進行磨削加工，得到高精度氮化硅陶瓷微球。

優選的，所述較大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直徑為20～35mm；所述壓制氮化硅陶瓷微球素坯的直徑為0.8～4mm。