[发明专利]一种高致密度复合陶瓷球轴承滚动体的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高致密度复合陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，属于轴承滚动体制备领域。

背景技术

球轴承是滚动轴承的一种，球滚珠装在内钢圈和外钢圈的中间，能承受较大的载荷。陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等特点，特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体。

立方氮化硼陶瓷均有良好的耐热性、热稳定性、导热性，是理想的散热材料和高温绝缘材料。氮化硼的化学稳定性好，能抵抗大部分熔融金属的浸蚀。它也有很好的自润滑性。然而其硬度较其他高强度陶瓷低，适用于制作高温轴承。然而立方氮化硼陶瓷的烧结条件极其苛刻，为了降低其烧结温度和条件，需要在烧结过程中加入其他烧结助剂。

氮化硅陶瓷具有极高的强度很高且极耐高温，其强度在1200℃的高温不下降，受热后不会熔成融体，同时，其耐化学腐蚀性能优异，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀。氮化硅陶瓷的烧结工艺一般为三种：热等静压（HIP）、热压（HP）和气氛压力烧结。气氛烧结的压力为5~10MPa，热压烧结的压力为70Mpa左右，热等静压的烧结的压力为150MPa~200MPa。

为了增强氮化硅陶瓷的导热性及自润滑性，需要提供一种多相复合陶瓷材料，并降低烧结压力，实现无压烧结。

陶瓷球的研磨一般包含粗磨、精磨和超精磨或抛光的步骤，在各个步骤中对陶瓷球进行一定程度的研磨，为了达到更好的研磨效果，需要对个阶段的研磨试剂进行合理使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高致密度复合陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，该工艺包括陶瓷烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现在常压下烧结氮化硅-氮化铝-立方氮化硼复合陶瓷球材料；研磨步骤各个研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高，对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少研磨时间的效果。该陶瓷球轴承滚动体具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等，可广泛用作轴承的滚动体。

一种高致密度复合陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，包括下述工艺步骤：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过筛，将过筛后的粉料置于球磨机中球磨，

其中，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：氮气气氛中，将粉料置于模具中，在1500℃~1750℃保温2h~6h，停止加热后随炉冷却至室温；

④研磨抛光：将所得陶瓷球进行研磨和抛光，陶瓷球的球度不超过0.07微米，表面粗糙度不超过0.008微米，按下述方法进行：

I．粗磨：载荷压力5~20N/球；所用粗磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为20~100μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.6~0.7；

II．精磨：载荷压力1~5N/球；所述精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为1~10μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.7~0.75；

III．超精磨：0.1~1N/球；所述超精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为0.01~1μm，所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.75~0.85。

所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂与研磨基质的质量比为1:1~1:4；所述基质为水或煤油。

本发明所述工艺优选所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述工艺优选所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

本发明所述工艺优选进一步优选下述方案：

一种高致密复合陶瓷球的制备方法，包括下述工艺步骤：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛，将过筛后的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨2h~6h；

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：氮气气氛中，将粉料置于模具中，在烧结炉中以10~20℃/min的速度升温至1500℃~1750℃，保温2h~6h，停止加热后随炉冷却至室温，其中氮气流速为1~5L/min；

④研磨抛光：将所得陶瓷球进行研磨和抛光，陶瓷球的球度不超过0.07微米，表面粗糙度不超过0.008微米。