本發(fā)明涉及一種陶瓷材質的微彈簧材料的制備方法，特別是高硬度和高抗彎強度的微彈簧材料的制備方法。技術背景微彈簧是指螺旋外徑在1mm以下的彈簧。隨著現在科技的高速發(fā)展，微機電系統(tǒng)器件和微結構尺寸也越來越小，當彈簧材料螺旋外徑達到毫米級時，具有很強的尺度效應，會造成其性能與宏觀材料的明顯不同，即使具有相同的成分和尺寸，不同的制備方法也會造成組織結構不同，而使其性能差異明顯。傳統(tǒng)的彈簧以其結構比較簡單、儲能比較大、彈簧特性參數調整范圍大等特點，而得到廣泛應用，由于不同的彈簧產品用途和特點不同，其制造工藝及流程，如成形、熱處理、強化工藝、穩(wěn)定性工藝等也有很大的不同。但是這些技術應用在微彈簧上，其效果也有很大的不同。目前微彈簧的主要技術是MEMS技術-微機械電子系統(tǒng)技術，但是諸如基于硅材料的MEMS技術生產的微彈簧其硬度不足以抵抗長期磨損，其接觸面易出現材料缺失或者產生小碎片(這些小碎片在較高的溫度下粘合引起器件阻塞)的現象。在高載荷作用下，常規(guī)的MEMS技術生產的微彈簧強度不夠，其結構易出現斷裂或屈服失效，另外，微彈簧結構也會在一定的周期的交變應力作用下出現疲勞，從而導致斷裂現象出現。目前市場對于高強度微彈簧的生產有很大的需求，但是常規(guī)MEMS技術生產的微彈簧其硬度和抗彎強度極易出現失效現象。本發(fā)明主要是結合陶瓷金屬的特性，針對怎樣提高微彈簧的硬度和抗彎強度而發(fā)明的具有高強度和高抗彎強度的陶瓷微彈簧。同時本發(fā)明同樣也適用于制造普通彈簧。技術實現要素：本發(fā)明的目的在于提供一種成本低，抗彎強度高且高硬度的陶瓷微彈簧材料的制備方法。本
發(fā)明內容為：一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟:：①氮化硅材料制備為將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約10％-20％的還原鐵粉，置于管式爐中煅燒，升溫速率為6-8℃/min，保溫時間為2-4h，冷卻，收集固體顆粒；②陶瓷彈簧材料制備為取氮化硅材料20-40份，二氧化硅1-5份，氧化鋁40-50份，聚乙烯醇1-5份，混合，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀，隨后干燥12-36h，將干燥的材料裝入1500-2000℃的爐中燒結，時間為1-5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。優(yōu)選的，所述①氮化硅材料制備步驟中，將混合材料置于管式爐中充入氨氣氣體，1400-1600℃下煅燒。優(yōu)選的，所述②陶瓷彈簧材料制備步驟中根據需要壓制成相應的微彈簧形狀采用壓力為40Mpa，時間為5min。優(yōu)選的，所述①氮化硅材料制備為將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約10％-15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500-1600℃下煅燒，升溫速率為7-8℃/min，保溫時間為3-4h，冷卻，收集固體顆粒；優(yōu)選的，所述②陶瓷彈簧材料制備為取氮化硅材料20-30份，二氧化硅2-5份，氧化鋁45-50份，聚乙烯醇3-5份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24-36h，將干燥的試樣裝入1500-1800℃的爐中燒結，時間為3-5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。本發(fā)明提供一種成本低，抗彎強度高且高硬度的陶瓷微彈簧材料的制備方法，擺脫了現行微彈簧加工技術所述的材料及模具限制，創(chuàng)新性的使用陶瓷金屬材料作為原料，以其原料粉末高壓壓成相應的微彈簧形狀，且大大提高了微彈簧產品的硬度和抗彎強度，具有較高的市場推廣前景和經濟效益。具體實施方式實施例一一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1400℃下煅燒，升溫速率為6℃/min，保溫時間為2h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料20份，二氧化硅1份，氧化鋁40份，聚乙烯醇1份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥12h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結，時間為1h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例二一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約20％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料40份，二氧化硅5份，氧化鋁50份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入2000℃的爐中燒結，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例三一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為6℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料20份，二氧化硅5份，氧化鋁40份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥12h，將干燥的試樣裝入2000℃的爐中燒結，時間為1h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例四一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約20％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1400℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為2h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料40份，二氧化硅1份，氧化鋁50份，聚乙烯醇1份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例五一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500℃下煅燒，升溫速率為7℃/min，保溫時間為3h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅3份，氧化鋁45份，聚乙烯醇3份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24h，將干燥的試樣裝入1700℃的爐中燒結，時間為3h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例六一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500℃下煅燒，升溫速率為7℃/min，保溫時間為3h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料20份，二氧化硅2份，氧化鋁45份，聚乙烯醇3份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結，時間為3h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例七一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅4份，氧化鋁50份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入1800℃的爐中燒結，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例八一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為7℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅4份，氧化鋁45份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24h，將干燥的試樣裝入1800℃的爐中燒結，時間為3h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例九一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為3h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅2份，氧化鋁50份，聚乙烯醇3份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例十一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質量分數占固體混合物總質量約12％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1550℃下煅燒，升溫速率為7.5℃/min，保溫時間為3.5h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料25份，二氧化硅3份，氧化鋁47份，聚乙烯醇4份，混合在一起，根據需要壓制成相應的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥30h，將干燥的試樣裝入1700℃的爐中燒結，時間為4h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。抗彎強度地測定：采用三點彎曲法測量實施例的抗彎強度，跨距為30mm，加載速率為10mm/min，負載為980N，計算公式如下：抗彎強度＝3*F*L/(2*b*h2)其中F實施例產品的斷裂載荷(N)；L為跨距(mm)；b為試樣的長度(mm)；h為試樣的直徑(mm)。表1抗彎強度測定結果(其中對照組為采用MEMS技術制備的鋁合金材質微彈簧)。組別抗彎強度/Mpa對照組76.09±0.36實施例一76.74±0.05實施例二87.4±0.29實施例三87.64±0.14實施例四87.43±0.32實施例五82.02±0.3實施例六94.03±0.82實施例七95.4±0.08實施例八96.72±0.41實施例九96.68±0.35實施例十98.94±0.53從表1可以看出，本發(fā)明實施例產品的抗彎強度明顯高于基于MEMS技術制備的鋁合金材質微彈簧。實施例硬度的測定：采用硬度計測得實施例的洛氏硬度HRA，先將實施例樣品在金剛石磨盤(金剛石磨盤分別為120、600、1200目)上拋光，然后在實施例表面用洛氏硬度計測量5點的硬度值，取5點的平均值即為實施例的硬度。表2硬度測定結果(其中對照組為采用MEMS技術制備的鋁合金材質微彈簧)組別硬度/HRA對照組43.21±0.79實施例一73.29±1.57實施例二69.09±0.9實施例三78.49±0.91實施例四79.55±1.03實施例五81.63±1.86實施例六85.9±1.4實施例七84.96±0.62實施例八86.51±1.35實施例九87.26±1.96實施例十88.51±0.8從表2可以看出，本發(fā)明實施例產品的硬度明顯高于基于MEMS技術制備的鋁合金材質微彈簧。當前第1頁1 2 3