[发明专利]一种致密高硬高强的氮化硅陶瓷球及其制备方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷零部件技术领域，公开了一种致密高硬高强的Si₃N₄陶瓷球及其制备方法和应用。该方法是将Si₃N₄粉、MgO粉和Yb₂O₃粉加入溶剂球磨混合，将混合粉体置于球形模具中成型，经压力为200～300MPa保压冷等静压后；将所得Si₃N₄陶瓷球生坯在1400～1500℃预烧后，将上述Si₃N₄陶瓷球生坯置于经SPS烧结的埋烧粉末中，采用放电等离子烧结升温至1000～1200℃时充入保护气氛，再升温至1400～1600℃，压力为10～50MPa煅烧，制得Si₃N₄陶瓷球。该Si₃N₄陶瓷球的成分分布均匀，内部缺陷少，组织较均匀，具有高致密度、高硬度、高强度和高温性能稳定的优点。

技术领域

本发明属于陶瓷零部件技术领域，更具体地，涉及一种致密高硬高强的氮化硅（Si₃N₄）陶瓷球及其制备方法和应用。

背景技术

氮化硅是一种无机物，化学式为Si₃N₄。它是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。

氮化硅陶瓷球是在非氧化气氛中高温烧结的精密陶瓷，具有高强度，高耐磨性，耐高温，耐腐蚀，耐酸、碱、可在海水中长期使用，并具有绝电绝磁的良好性能。其密度为3.20g/cm³，几乎是轴承钢的1/3重量，旋转时离心力小。可以实现高速运转。还具有自润滑性，它可以使用到无润滑介质高污染的环境中。成为陶瓷轴承，混合陶瓷球轴承的首选球珠。

目前常用的氮化硅球制造工艺有：无压烧结、热压烧结、热等静压烧结等。在轴承零件生产中，热等静压法目前被认为是制造氮化硅毛坯球最佳工艺，因为该工艺直接适用于密封预成形或是烧结生产方法的一部分，能生产出100%的致密材料。但是其工艺复杂，热等静压法需用玻璃粉末喷射球坯，形成一个多孔的壳体，然后将其置于一个真空的专用炉中加热，从材料中除去被束缚住的空气，并使玻璃熔化，控制冷却后，玻璃层变成了密封层。热压阶段完成后，减小压力，促使玻璃从球中清除出来。这会对氮化硅陶瓷球造成一定污染。而无压烧结制备氮化硅陶瓷球达不到使用的致密化程度，热压烧结又耗时太长。因此，需要寻找一种快速成型制备致密氮化硅球的方法。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种致密高硬高强的Si₃N₄陶瓷球的制备方法。该方法将Si₃N₄陶瓷球生坯预烧后置于经SPS烧结的埋烧粉末中，通过放电等离子烧结制备Si₃N₄陶瓷球，烧结速度快，工艺简单易实现。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的致密高硬高强的Si₃N₄陶瓷球。该陶瓷球的组织均匀，具有高致密度、高硬度、高强度和高温性能稳定的优点。

本发明再一目的在于提供上述致密高硬高强的Si₃N₄陶瓷球的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种致密高硬高强的Si₃N₄陶瓷球的制备方法，包括如下具体步骤：