超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及陶瓷制品【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種陶瓷球及其制造方法。超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球，采用陶瓷球原料制成陶瓷軸承球，陶瓷軸承球采用如下重量百分比的陶瓷球原料制成：氮化硅粉體75%-85%、氧化鋁粉體10%-15%、助燒劑5%-10%。超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，包括如下步驟：1）混合；2）球磨；3）干燥；4）壓制；5）冷等靜壓；6）排膠；7）燒結(jié)；8）研磨。由于采用上述技術(shù)方案，采用本發(fā)明的原料及制作工藝制成的陶瓷球具有超低氣孔率、抗彎強(qiáng)度高、斷裂韌性高，陶瓷球在長時(shí)間工作下不容易出現(xiàn)表面剝落和嚴(yán)重磨損。
【專利說明】超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷制品【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種陶瓷球及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于陶瓷球具有密度、機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性能好等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此作為耐磨損部件被廣泛用于軸承、滾珠螺母等滑動(dòng)裝置或控制高壓流體的流體閥芯中，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定工作，減少維護(hù)成本的功能。
[0003]現(xiàn)有的陶瓷球一般采用多個(gè)原料，加上燒結(jié)輔助劑進(jìn)行燒結(jié)，得到陶瓷球體。在燒結(jié)過程中，由 于原料的配比或現(xiàn)有燒結(jié)工藝的限制，現(xiàn)有的陶瓷球容易在表面或內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，具有眾多氣孔的陶瓷球在長期使用過程中，或長時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，會(huì)遇到軸承球的表面剝落或嚴(yán)重磨損。因此如何降低或減少這種表面剝落或嚴(yán)重磨損，提高其極限轉(zhuǎn)速、使用壽命和精度，是擺在我們面前的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球，以解決上述技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，以解決上述技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球，采用陶瓷球原料制成陶瓷軸承球，所述陶瓷球原料包括氮化硅粉體(Si3N4)、氧化鋁粉體(A1203)、助燒劑，其特征在于，所述陶瓷軸承球采用如下重量百分比的陶瓷球原料制成:
[0008]氮化硅粉體75%_85%、氧化鋁粉體10%_15%、助燒劑5%_10%。
[0009]本發(fā)明與傳統(tǒng)的原料配比相比，減少了氮化硅粉體的配比，而增加了氧化鋁和助燒劑的配比。由于氧化鋁具有顯著的耐磨性，因此增加氧化鋁的配比后，可以提高整個(gè)陶瓷軸承球的整體耐磨性。
[0010]另外，氮化硅的硬度高，因此傳統(tǒng)配比中，為了保證陶瓷軸承球的整體硬度，氮化硅粉體的比重很大。本發(fā)明適當(dāng)?shù)慕档偷璺垠w的配比，增加了氧化鋁粉體和助燒劑的配比后，大大提高陶瓷軸承球的致密性，大大減少陶瓷軸承球的氣孔率，很好的避免了陶瓷軸承球表面的剝落現(xiàn)象，增加了使用壽命，本發(fā)明的陶瓷球使用壽命可達(dá)到20年。
[0011]在傳統(tǒng)工藝中，為了增加陶瓷軸承球的硬度和耐磨性，大多采用碳化鈦?zhàn)鳛樵现械囊环N，在原料中加入碳化鈦后，制作出的陶瓷軸承球?yàn)楹谏１景l(fā)明摒棄了傳統(tǒng)原料碳化鈦(TiC)，通過提高陶瓷軸承球整體的致密性、減少氣孔率，實(shí)現(xiàn)了陶瓷軸承球整體的使用壽命。本發(fā)明制成的陶瓷軸承球由于未添加碳化鈦，因此顏色呈灰色。
[0012]所述陶瓷軸承球優(yōu)選采用如下重量百分比的陶瓷球原料制成:氮化硅粉體81%、氧化鋁粉體12%、助燒劑7%。[0013]所述助燒劑采用氧化釔粉體(Y02)。以便增強(qiáng)陶瓷軸承球的致密性，減少氣孔率。
[0014]超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0015]I)混合:將所述陶瓷球原料進(jìn)行混合均勻，形成混合料；
[0016]2)球磨:將步驟I)中的混合料進(jìn)行球磨，得到0.5 μ m以下的混合料；
[0017]3)干燥:對(duì)步驟2)球磨后的混合料進(jìn)行干燥；
[0018]4)壓制:對(duì)干燥后的混合料，放入模具中進(jìn)行壓制，制成球坯；
[0019]5)冷等靜壓；
[0020]6)排膠:通過排膠爐對(duì)球坯進(jìn)行真空排膠；
[0021]7)燒結(jié):將球坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，制成陶瓷軸承球；
[0022]8)研磨:對(duì)陶瓷軸承球表面進(jìn)行研磨，制成成品。
[0023]本發(fā)明將混合料球磨成較細(xì)粒徑后，然后進(jìn)行壓力、排膠后才燒結(jié)完成制品，采用上述步驟后，由于混合料粒度分布窄，制作的陶瓷球燒結(jié)應(yīng)力更強(qiáng)；由于在燒結(jié)前進(jìn)行了真空排膠工序，其燒結(jié)收縮率好，大大提高了陶瓷球的致密性，陶瓷球在使用過程中，表面不容易剝落或嚴(yán)重磨損。
[0024]本發(fā)明還包括對(duì)成品的9)檢驗(yàn)；10)打包等工序。
[0025]步驟2)中，采用循環(huán)球磨系統(tǒng)對(duì)混合料進(jìn)行球磨，所述循環(huán)球磨系統(tǒng)包括一球磨機(jī)、一與所述球磨機(jī)連接的儲(chǔ)料罐，所述儲(chǔ)料罐包括兩個(gè)，分別為第一儲(chǔ)料罐、第二儲(chǔ)料罐，每個(gè)所述儲(chǔ)料罐均設(shè)有進(jìn)料口和出料口；
[0026]所述球磨機(jī)的進(jìn)料口通過第一進(jìn)料閥連接所述第一儲(chǔ)料罐出料口，所述球磨機(jī)的進(jìn)料口通過第二進(jìn)料閥連接所述第二儲(chǔ)料罐的出料口；
[0027]所述球磨機(jī)的出料口通過第一出料閥連接所述第一儲(chǔ)料罐的進(jìn)料口、所述球磨機(jī)的出料口通過第二出料閥連接所述第二儲(chǔ)料罐的進(jìn)料口。
[0028]本發(fā)明與傳統(tǒng)的球磨系統(tǒng)相比，增設(shè)了一個(gè)儲(chǔ)料罐，在球磨機(jī)運(yùn)行過程中，本發(fā)明使用時(shí)，I)關(guān)閉第二進(jìn)料閥、第一出料閥，打開第一進(jìn)料閥、第二出料閥，對(duì)第一儲(chǔ)料罐內(nèi)的混合料進(jìn)行球磨；當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)料罐內(nèi)的混合料球磨完成后，2)關(guān)閉第一進(jìn)料閥、第二出料閥，打開第二進(jìn)料閥、第一出料閥，對(duì)第二儲(chǔ)料罐內(nèi)的混合料進(jìn)行第二次球磨，當(dāng)?shù)诙?chǔ)料罐內(nèi)的混合料球磨完成后，根據(jù)混合料粒度要求，循環(huán)步驟I)和步驟2)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)球磨的目的。上述設(shè)計(jì)后，在每個(gè)儲(chǔ)料罐中的混合料均可以被球磨一次，循環(huán)對(duì)兩個(gè)儲(chǔ)料罐內(nèi)的混合料進(jìn)行依次球磨，實(shí)現(xiàn)了球磨均勻。相同的球磨時(shí)間，與傳統(tǒng)單個(gè)儲(chǔ)料罐反復(fù)球磨工藝相比，本發(fā)明在球磨機(jī)內(nèi)球磨后的混合料，粒徑均可達(dá)到0.5um以下，更多的混合料在0.3um以下，混合料的顆粒粒度分布變窄。由于粒度越小，在制作陶瓷軸承球過程中，其應(yīng)力更強(qiáng)，燒結(jié)活性也更強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了氣孔率低、硬度高、致密性好的優(yōu)點(diǎn)，有效防止陶瓷軸承球的剝落。
[0029]所述儲(chǔ)料罐的進(jìn)料口設(shè)置在頂部，所述儲(chǔ)料罐的出料口設(shè)置在底部。以便在重力的作用下，便于出料。
[0030]所述第一儲(chǔ)料罐、所述第二儲(chǔ)料罐內(nèi)均設(shè)有一料位傳感器，兩個(gè)所述料位傳感器均連接一信號(hào)處理模塊； [0031]所述第一進(jìn)料閥、第二進(jìn)料閥、第一出料閥、第二出料閥均采用一電動(dòng)閥門，所述第一進(jìn)料閥、第二進(jìn)料閥、第一出料閥、第二出料閥分別連接所述信號(hào)處理模塊。本發(fā)明通過料位傳感器感應(yīng)儲(chǔ)料罐內(nèi)的混合料位置、是否已經(jīng)球磨完混合料信息。并將上述信息傳送給信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊根據(jù)上述信息，控制第一進(jìn)料閥、第二進(jìn)料閥、第一出料閥、第二出料閥的開閉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制球磨工藝的目的。
[0032]所述信號(hào)處理模塊連接一組按鍵組和顯示模塊。用以操作球磨循環(huán)次數(shù)，球磨時(shí)間等參數(shù)。
[0033]所述球磨機(jī)包括球磨機(jī)外殼、設(shè)置在所述球磨機(jī)外殼內(nèi)的分離盤、與所述分離盤連接的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、進(jìn)料管、出料管，所述球磨機(jī)外殼與所述分離盤之間的密封空間作為球磨腔，所述球磨腔內(nèi)設(shè)磨介球；
[0034]所述球磨機(jī)外殼的圓周表面設(shè)有所述進(jìn)料管，所述進(jìn)料管聯(lián)通所述球磨腔；所述球磨機(jī)外殼的一側(cè)側(cè)面設(shè)有所述出料管，所述出料管伸入到所述球磨腔內(nèi)，位于所述分離盤前方；所述出料管中位于球磨腔內(nèi)的一端設(shè)有濾網(wǎng)；
[0035]所述球磨機(jī)外殼的另一側(cè)側(cè)面設(shè)有所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)。[0036]本發(fā)明與傳統(tǒng)的球磨機(jī)不同處在于濾網(wǎng)的設(shè)置位置和出料位置。本發(fā)明將出料管設(shè)置在貼近球磨筒(即球磨機(jī)外殼)的前方，由于離心力的作用球磨筒中心的磨介球較少，不容易堵塞到出料管處的濾網(wǎng)，濾網(wǎng)過濾混合料的效果好、效率高。由于濾網(wǎng)不容易堵塞，整個(gè)球磨機(jī)主體的工作效率高，不會(huì)因?yàn)V網(wǎng)堵塞造成內(nèi)部壓力高的問題，實(shí)現(xiàn)無壓力高速工作的功能。
[0037]所述出料管的一端采用漏漏斗狀開口，所述漏漏斗狀開口位于所述分離盤前方，所述濾網(wǎng)設(shè)置在所述漏漏斗狀開口內(nèi)。以便進(jìn)一步避免濾網(wǎng)堵塞。
[0038]所述分離盤上沿圓周表面均勻設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)長條狀隔塊，所述隔塊的設(shè)置方向與所述分離盤的軸向相同。在動(dòng)力機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下分離盤轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)隔塊轉(zhuǎn)動(dòng)，由于隔塊的作用可以將球磨機(jī)主體內(nèi)的磨介球均勻分開，打到球磨腔的各個(gè)區(qū)域，達(dá)到均勻球磨混合料的目的。
[0039]步驟4)中，采用球形模具對(duì)干燥后的混合料進(jìn)行壓制，所述球形模具分為中空的上部、中部和下部，所述上部和所述下部結(jié)構(gòu)相同，均呈半球形；所述中部呈一圓環(huán)形；所述中部的內(nèi)徑大于所述上部的直徑，所述上部、中部和所述下部依次拼接形成一中間突出的所述球形模具。
[0040]本發(fā)明采用中間突出的球形模具，在壓制陶瓷球后，壓制完成的陶瓷球也呈中間突出的球體。在后續(xù)的磨球工藝時(shí)，把突出部分進(jìn)行研磨，形成球形的陶瓷球。陶瓷球在壓制過程中，容易形成中部密度低，上部和下部密度高的情況，在燒結(jié)過程中，中間密度低的部分容易凹進(jìn)去，燒結(jié)完成的陶瓷球會(huì)形成中部內(nèi)凹現(xiàn)象。采用本發(fā)明后，由于壓制時(shí)，中部是突出的，燒結(jié)過程中，正好把中部突出的密度低的部分凹進(jìn)，燒結(jié)完成的陶瓷球不會(huì)出現(xiàn)中間內(nèi)凹現(xiàn)象。另外，燒結(jié)完成后的陶瓷球中間突出的部分，可以在后續(xù)研磨工藝中，進(jìn)行統(tǒng)一研磨。采用上述設(shè)計(jì)后，陶瓷球的整體致密性、密度的均勻性、生產(chǎn)質(zhì)量得到大大的提聞。
[0041]步驟6)中的排膠爐，包括一用于放置陶瓷球的爐體，所述爐體設(shè)有爐門、進(jìn)氣口、排氣口，還包括一保溫套，所述保溫套通過密封裝置可拆卸的套設(shè)在所述爐體外，所述保溫套的內(nèi)壁上設(shè)有加熱裝置。
[0042]本發(fā)明的爐體上不設(shè)加熱裝置，而是在增設(shè)的保溫套的內(nèi)壁上設(shè)有加熱裝置。使用時(shí)，保溫套套住爐體，加熱裝置工作，對(duì)爐體進(jìn)行加熱升溫，進(jìn)而加熱爐體內(nèi)的陶瓷球，將陶瓷球內(nèi)的粘結(jié)劑氣化后，通過真空泵抽出。當(dāng)無需進(jìn)行加熱時(shí)，將保溫套從爐體上拿出。由于爐體本身無加熱裝置，能實(shí)現(xiàn)快速散熱冷卻的效果，減小了冷卻時(shí)間。另外，保溫套也可以用于其他爐體的繼續(xù)加熱，節(jié)能環(huán)保。
[0043]另外，在陶瓷球制作過程中，燒結(jié)前，首先在本發(fā)明的爐體內(nèi)進(jìn)行排膠工藝，排出粘結(jié)劑后再進(jìn)行燒結(jié)。上述方式，燒結(jié)完成的陶瓷球具有收縮率好、致密性強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0044]還包括一排膠罐，所述排膠罐的進(jìn)氣口連接所述爐體的排氣口，所述排膠罐還連
接一真空泵；
[0045]所述排膠罐內(nèi)設(shè)有復(fù)數(shù)片集膠板，所述集膠板從下往上水平設(shè)置，優(yōu)選等距離設(shè)置在所述排膠罐內(nèi)；所述集膠板為采用金屬絲制成的具有孔隙的金屬網(wǎng)。本發(fā)明的粘結(jié)劑從爐體內(nèi)排出后，并不是直接排放到大氣中，而是在真空泵的作用下，抽真空進(jìn)入排膠罐，高溫的粘結(jié)劑 氣體，遇到排膠罐內(nèi)低溫的集膠板后冷凝，粘結(jié)劑集中在集膠板上，便于收集粘結(jié)劑。
[0046]所述排膠罐的底部設(shè)有一罐體加熱裝置，所述排膠罐的下部設(shè)有一出膠口，所述出膠口位于所述集膠板下方；還包括集膠桶，所述集膠桶聯(lián)通所述出膠口。爐體內(nèi)的陶瓷球完成排膠后，阻斷爐體和排膠罐的聯(lián)通。此時(shí)，罐體加熱裝置對(duì)排膠罐加熱，集膠板中收集的粘結(jié)劑經(jīng)加熱后，變成液體，從出膠口流入集膠桶，實(shí)現(xiàn)收集目的。
[0047]還包括一氣體罐，所述氣體罐通過一充氣連接管連接所述爐體的進(jìn)氣口，所述氣體罐內(nèi)的氣體采用氮?dú)?。在?duì)爐體內(nèi)的陶瓷球加熱的整個(gè)過程,均充氮?dú)?實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作目的。
[0048]所述爐體的出氣口與所述排膠罐的進(jìn)氣口之間采用排膠連接管連接，所述排膠連接管上設(shè)有閥門。在陶瓷球排膠完成后，通過閥門切斷爐體與排膠罐的聯(lián)通。
[0049]所述爐體采用一圓柱形爐體，所述保溫套也對(duì)應(yīng)呈中空?qǐng)A柱形，所述保溫套內(nèi)壁的圓周面上設(shè)有所述加熱裝置。以便均勻加熱爐體內(nèi)的陶瓷球。
[0050]步驟6)中采用分段保溫加熱方式對(duì)球坯進(jìn)行排膠:
[0051]I)對(duì)球坯加熱，加熱到250°C后，保溫I小時(shí)；
[0052]2)繼續(xù)加熱，加熱到350°C后，保溫I小時(shí)；
[0053]3)繼續(xù)加熱，加熱到500°C后，保溫I小時(shí)；
[0054]4)冷卻。
[0055]采用分段保溫的方式，可使球坯排膠徹底，為后續(xù)燒結(jié)工序提供高質(zhì)量球坯。排膠徹底的球坯制成的陶瓷球致密性好。
[0056]有益效果:由于采用上述技術(shù)方案，采用本發(fā)明的原料及制作工藝制成的陶瓷球具有超低氣孔率、抗彎強(qiáng)度高、斷裂韌性高，陶瓷球在長時(shí)間工作下不容易出現(xiàn)表面剝落和嚴(yán)重磨損。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]圖1為本發(fā)明制作工藝流程圖；
[0058]圖2為本發(fā)明循環(huán)球磨系統(tǒng)的連接示意圖；
[0059]圖3為本發(fā)明球磨機(jī)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖4為本發(fā)明球磨機(jī)的部分剖視圖；[0061]圖5為本發(fā)明球形模具的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖6為本發(fā)明排膠爐的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖7為本發(fā)明分段保溫的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0065]超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球，采用陶瓷球原料制成陶瓷軸承球，陶瓷球原料包括氮化硅粉體(Si3N4)、氧化鋁粉體(A1203)、氧化釔粉體(Y02)。陶瓷軸承球采用如下重量百分比的陶瓷球原料制成:氮化硅粉體75%-85%、氧化鋁粉體10%-15%、助燒劑5%-10%。優(yōu)選采用如下重量百分比的陶瓷球原料制成:氮化硅粉體81%、氧化鋁粉體12%、助燒劑7%。
[0066]參照?qǐng)D1，超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，包括如下步驟:
[0067]I)混合:將陶瓷球原料進(jìn)行混合均勻，形成混合料。
[0068]2)球磨:將步驟I)中的混合料進(jìn)行球磨，得到0.5μπι以下的混合料。本發(fā)明采用循環(huán)球磨系統(tǒng)對(duì)混合料進(jìn)行球磨，參照?qǐng)D2，循環(huán)球磨系統(tǒng)包括球磨機(jī)3、與球磨機(jī)3連接的儲(chǔ)料罐，儲(chǔ)料罐包括兩個(gè)，分別為第一儲(chǔ)料罐1、第二儲(chǔ)料罐2，每個(gè)儲(chǔ)料罐均設(shè)有進(jìn)料口和出料口。儲(chǔ)料罐的進(jìn)料口設(shè)置在頂部，儲(chǔ)料罐的出料口設(shè)置在底部。球磨機(jī)3的進(jìn)料口通過第一進(jìn)料閥11連接第一儲(chǔ)料罐I出料口、通過第二進(jìn)料閥21連接第二儲(chǔ)料罐2的出料口。球磨機(jī)3的出料 口通過第一出料閥12連接第一儲(chǔ)料罐I進(jìn)料口、通過第二出料閥22連接第二儲(chǔ)料罐2的進(jìn)料口。
[0069]第一儲(chǔ)料罐1、第二儲(chǔ)料罐2內(nèi)均設(shè)有一料位傳感器，兩個(gè)料位傳感器均連接信號(hào)處理模塊。第一進(jìn)料閥11、第二進(jìn)料閥21、第一出料閥12、第二出料閥22均采用一電動(dòng)閥門，第一進(jìn)料閥11、第二進(jìn)料閥21、第一出料閥12、第二出料閥22分別連接信號(hào)處理模塊。信號(hào)處理模塊連接一組按鍵組和顯示模塊。本發(fā)明的料位傳感器可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的料位傳感器，也可以采用液位傳感器。還可以采用壓力傳感器，重量傳感器設(shè)置在儲(chǔ)料罐的底部，用以檢測(cè)儲(chǔ)料罐內(nèi)的混合料的重量。
[0070]參照?qǐng)D3、圖4，球磨機(jī)包括球磨機(jī)外殼31、設(shè)置在球磨機(jī)外殼31內(nèi)的分離盤32、與分離盤32連接的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、進(jìn)料管33、出料管34，分離盤32上沿圓周表面均勻設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)長條狀隔塊321,隔塊321的設(shè)置方向與分尚盤32的軸向相同。球磨機(jī)外殼31與分尚盤32之間的密封空間作為球磨腔，球磨腔內(nèi)設(shè)磨介球35。球磨機(jī)外殼31的圓周表面設(shè)有進(jìn)料管33，進(jìn)料管33聯(lián)通球磨腔。球磨機(jī)外殼31的右側(cè)側(cè)面設(shè)有出料管34，出料管34伸入到球磨腔內(nèi)，位于分離盤32前方。出料管34中位于球磨腔內(nèi)的一端設(shè)有濾網(wǎng)36。出料管34的一端采用漏漏斗狀開口，漏漏斗狀開口位于分離盤32前方,濾網(wǎng)36設(shè)置在漏漏斗狀開口內(nèi)。球磨機(jī)外殼31的左側(cè)側(cè)面設(shè)有動(dòng)力機(jī)構(gòu)。動(dòng)力機(jī)構(gòu)為電機(jī)。
[0071]3)干燥:對(duì)步驟2)球磨后的混合料進(jìn)行干燥。
[0072]4)壓制:對(duì)干燥后的混合料，放入模具中進(jìn)行壓制，制成球坯。本發(fā)明采用球形模具對(duì)干燥后的混合料進(jìn)行壓制，參照?qǐng)D5，球形模具分為中空的上部41、中部42和下部43，上部41、中部42和下部43依次拼接形成球形模具，上部41和下部43結(jié)構(gòu)相同，均呈半球形。中部42呈圓環(huán)形，中部42的內(nèi)徑大于上部41的直徑，上部41、中部42和下部43依次拼接形成一中間突出的球形模具。采用本發(fā)明后，如圖5所示，由于壓制時(shí)，中部42是突出的，燒結(jié)過程中，正好把中部42突出的密度低的部分凹進(jìn)，燒結(jié)完成的陶瓷球不會(huì)出現(xiàn)中間內(nèi)凹現(xiàn)象。另外，燒結(jié)完成后的陶瓷球中間突出的部分，可以在后續(xù)研磨工藝中，進(jìn)行統(tǒng)一研磨。采用上述設(shè)計(jì)后，陶瓷球的整體致密性、密度的均勻性、生產(chǎn)質(zhì)量得到大大的提高。
[0073]5)冷等靜壓。
[0074]6)排膠:通過排膠爐對(duì)球坯進(jìn)行真空排膠。參照?qǐng)D6，排膠爐包括用于放置陶瓷球的爐體51，爐體51設(shè)有爐門、進(jìn)氣口、排氣口，還包括保溫套52，保溫套52通過密封裝置可拆卸的套設(shè)在爐體51外，爐體51采用圓柱形爐體，保溫套52也對(duì)應(yīng)呈中空?qǐng)A柱形，保溫套52內(nèi)壁的圓周面上設(shè)有加熱裝置，加熱裝置采用電阻絲511進(jìn)行加熱。保溫套52的頂部設(shè)有吊鉤，以便于不加熱時(shí)，吊起保溫套52。
[0075]還包括排膠罐53，排膠罐53的進(jìn)氣口通過排膠連接管連接爐體51的排氣口，排膠連接管上設(shè)有閥門531，排膠罐53還連接真空泵533。通過真空泵533把無害氣體排放出去。排膠罐53內(nèi)設(shè)有復(fù)數(shù)片集膠板532，集膠板532從下往上水平等距離設(shè)置在排膠罐53內(nèi)。集膠板532為采用金屬絲制成的具有孔隙的金屬網(wǎng)。排膠罐53的底部設(shè)有罐體加熱裝置534，排膠罐53的下部設(shè)有出膠口，出膠口位于集膠板532下方。金屬網(wǎng)的下方還設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)不銹鋼管535，不銹鋼管535按無序方向設(shè)置在罐體加熱裝置534上方，這樣設(shè)置后，可以增大粘結(jié)劑的表面吸附面積，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步收集粘結(jié)劑的目的。不銹鋼管535的直徑為長度優(yōu)選為10mm。
[0076]還包括集膠桶54，集膠桶54聯(lián)通出膠口。爐體51內(nèi)的陶瓷球完成排膠后，通過閥門531阻斷爐體51和排膠罐53的聯(lián)通。此時(shí)，罐體加熱裝置534對(duì)排膠罐53加熱，集膠板532中收集的粘結(jié)劑經(jīng)加熱后，變成液體，從出膠口流入集膠桶54，實(shí)現(xiàn)收集目的。還包括氣體罐，氣體罐通過充氣連接管連接爐體51的進(jìn)氣口，氣體罐內(nèi)的氣體采用氮?dú)?。在?duì)爐體51內(nèi)的陶瓷球加熱的整個(gè)過程，均充氮?dú)?實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作目的。
[0077]本發(fā)明工作時(shí)，保溫套52內(nèi)的加熱裝置的加熱溫度在300°C _500°C，參照?qǐng)D7，采用分段保溫加熱方式:
[0078]I)對(duì)陶瓷球加熱，加熱到250°C后，保溫I小時(shí)；
[0079]2)繼續(xù)加熱，加熱到350°C后，保溫I小時(shí)；
[0080]3)繼續(xù)加熱，加熱到500°C后，保溫I小時(shí)；
[0081]4)冷卻。
[0082]對(duì)陶瓷球的排膠完成后，關(guān)閉閥門531，罐體加熱裝置534對(duì)排膠罐53的加熱溫度不高于80°C，冷凝在集膠板532的粘結(jié)劑從出膠口排到集膠桶54中。
[0083]7)燒結(jié):將球坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，制成陶瓷軸承球。
[0084]8)研磨:對(duì)陶瓷軸承球表面進(jìn)行研磨，制成成品。
[0085]9)檢驗(yàn)。
[0086]本發(fā)明將混合料球磨成較細(xì)粒徑后，然后進(jìn)行壓力、排膠后才燒結(jié)完成制品，采用上述步驟后，由于混合 料粒度分布窄，制作的陶瓷球燒結(jié)應(yīng)力更強(qiáng)；由于在燒結(jié)前進(jìn)行了真空排膠工序，其燒結(jié)收縮率好，大大提高了陶瓷球的致密性，陶瓷球在使用過程中，表面不容易剝落或嚴(yán)重磨損。
[0087]本發(fā)明采用上述工藝制成的陶瓷球，具有如下技術(shù)指標(biāo):[0088]氣孔率低，小于等于1% ；
[0089]抗彎強(qiáng)度高，大于等于900MPa ；
[0090]斷裂韌性高，大于等于6MPa.ml/2 ；
[0091]顯微硬度高，大于等于1550kg/mm2。
[0092]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界 定。
【權(quán)利要求】
1.超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球，采用陶瓷球原料制成陶瓷軸承球，所述陶瓷球原料包括氮化硅粉體、氧化鋁粉體、助燒劑，其特征在于，所述陶瓷軸承球采用如下重量百分比的陶瓷球原料制成: 氮化硅粉體75%-85%、氧化鋁粉體10%-15%、助燒劑5%-10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球，其特征在于，所述陶瓷軸承球采用如下重量百分比的陶瓷球原料制成:氮化硅粉體81%、氧化鋁粉體12%、氧化釔粉體7%。
3.超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)混合:將陶瓷球原料進(jìn)行混合均勻，形成混合料； 2)球磨:將步驟I)中的混合料進(jìn)行球磨，得到0.5 μ m以下的混合料； 3)干燥:對(duì)步驟2)球磨后的混合料進(jìn)行干燥； 4)壓制:對(duì)干燥后的混合料，放入模具中進(jìn)行壓制，制成球坯； 5)冷等靜壓； 6)排膠:通過排膠爐對(duì)球坯進(jìn)行真空排膠； 7)燒結(jié):將球坯放入燒 結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，制成陶瓷軸承球； 8)研磨:對(duì)陶瓷軸承球表面進(jìn)行研磨，制成成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，步驟2)中，采用循環(huán)球磨系統(tǒng)對(duì)混合料進(jìn)行球磨，所述循環(huán)球磨系統(tǒng)包括一球磨機(jī)、一與所述球磨機(jī)連接的儲(chǔ)料罐，所述儲(chǔ)料罐包括兩個(gè)，分別為第一儲(chǔ)料罐、第二儲(chǔ)料罐，每個(gè)所述儲(chǔ)料罐均設(shè)有進(jìn)料口和出料口； 所述球磨機(jī)的進(jìn)料口通過第一進(jìn)料閥連接所述第一儲(chǔ)料罐出料口，所述球磨機(jī)的進(jìn)料口通過第二進(jìn)料閥連接所述第二儲(chǔ)料罐的出料口； 所述球磨機(jī)的出料口通過第一出料閥連接所述第一儲(chǔ)料罐的進(jìn)料口、所述球磨機(jī)的出料口通過第二出料閥連接所述第二儲(chǔ)料罐的進(jìn)料口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，所述球磨機(jī)包括球磨機(jī)外殼、設(shè)置在所述球磨機(jī)外殼內(nèi)的分離盤、與所述分離盤連接的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、進(jìn)料管、出料管，所述球磨機(jī)外殼與所述分離盤之間的密封空間作為球磨腔，所述球磨腔內(nèi)設(shè)磨介球； 所述球磨機(jī)外殼的圓周表面設(shè)有所述進(jìn)料管，所述進(jìn)料管聯(lián)通所述球磨腔；所述球磨機(jī)外殼的一側(cè)側(cè)面設(shè)有所述出料管，所述出料管伸入到所述球磨腔內(nèi)，位于所述分離盤前方；所述出料管中位于球磨腔內(nèi)的一端設(shè)有濾網(wǎng)； 所述球磨機(jī)外殼的另一側(cè)側(cè)面設(shè)有所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，所述出料管的一端采用漏漏斗狀開口，所述漏漏斗狀開口位于所述分離盤前方，所述濾網(wǎng)設(shè)置在所述漏漏斗狀開口內(nèi)； 所述分離盤上沿圓周表面均勻設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)長條狀隔塊，所述隔塊的設(shè)置方向與所述分離盤的軸向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，步驟4)中，采用球形模具對(duì)干燥后的混合料進(jìn)行壓制，所述球形模具分為中空的上部、中部和下部，所述上部和所述下部結(jié)構(gòu)相同，均呈半圓形；所述中部呈一圓環(huán)形；所述中部的內(nèi)徑大于所述上部的直徑，所述上部、中部和所述下部依次拼接形成一中間突出的所述球形模具。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，步驟6)中的排膠爐，包括一用于放置陶瓷球的爐體，所述爐體設(shè)有爐門、進(jìn)氣口、排氣口，還包括一保溫套，所述保溫套通過密封裝置可拆卸的套設(shè)在所述爐體外，所述保溫套的內(nèi)壁上設(shè)有加熱裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，還包括一排膠罐，所述排膠罐的進(jìn)氣口連接所述爐體的排氣口，所述排膠罐還連接一真空栗; 所述排膠罐內(nèi)設(shè)有復(fù)數(shù)片集膠板，所述集膠板從下往上水平設(shè)置在所述排膠罐內(nèi)；所述集膠板為采用金屬絲制成的具有孔隙的金屬網(wǎng)； 所述排膠罐的底部設(shè)有一罐體加熱裝置，所述排膠罐的下部設(shè)有一出膠口，所述出膠口位于所述集膠板下方；還包括集膠桶，所述集膠桶聯(lián)通所述出膠口 ； 還包括一氣體罐，所述氣體罐通過一充氣連接管連接所述爐體的進(jìn)氣口，所述氣體罐內(nèi)的氣體采用氮?dú)狻?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的超低氣孔率氮化硅陶瓷軸承球的制造方法，其特征在于，步驟6)中采用分段保溫加熱方式對(duì)球坯進(jìn)行排膠: 1)對(duì)球坯加熱，加熱到250°C后，保溫I小時(shí)； 2)繼續(xù)加熱，加熱到350°C后，保溫I小時(shí); 3)繼續(xù)加熱，加熱到500°C后，保溫I小時(shí)； 4)冷卻。
【文檔編號(hào)】C04B35/584GK103951437SQ201310487964
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】阮濤 申請(qǐng)人:上海步進(jìn)精密陶瓷有限公司