一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两步，本发明专利技术所述工艺摆脱了现行微弹簧加工技术所述的材料及模具限制，创新性的使用陶瓷金属材料作为原料，以其原料粉末高压压成相应的微弹簧形状，且大大提高了微弹簧产品的硬度和抗弯强度，具有较高的市场推广前景和经济效益。

Preparation method of novel high hardness ceramic micro spring material

The invention discloses a preparation method of a new type of high hardness ceramic micro spring materials, including silicon nitride ceramic material and preparation of spring material preparation in two steps, the process to get rid of the existing material and mold processing technology of the micro spring limit, the use of ceramic metal materials innovation as raw materials, to the raw powder of high pressure micro spring corresponding to the shape, and greatly improve the micro spring hardness and bending strength, high market potential and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法
本专利技术涉及一种陶瓷材质的微弹簧材料的制备方法，特别是高硬度和高抗弯强度的微弹簧材料的制备方法。技术背景微弹簧是指螺旋外径在1mm以下的弹簧。随着现在科技的高速发展，微机电系统器件和微结构尺寸也越来越小，当弹簧材料螺旋外径达到毫米级时，具有很强的尺度效应，会造成其性能与宏观材料的明显不同，即使具有相同的成分和尺寸，不同的制备方法也会造成组织结构不同，而使其性能差异明显。传统的弹簧以其结构比较简单、储能比较大、弹簧特性参数调整范围大等特点，而得到广泛应用，由于不同的弹簧产品用途和特点不同，其制造工艺及流程，如成形、热处理、强化工艺、稳定性工艺等也有很大的不同。但是这些技术应用在微弹簧上，其效果也有很大的不同。目前微弹簧的主要技术是MEMS技术-微机械电子系统技术，但是诸如基于硅材料的MEMS技术生产的微弹簧其硬度不足以抵抗长期磨损，其接触面易出现材料缺失或者产生小碎片(这些小碎片在较高的温度下粘合引起器件阻塞)的现象。在高载荷作用下，常规的MEMS技术生产的微弹簧强度不够，其结构易出现断裂或屈服失效，另外，微弹簧结构也会在一定的周期的交变应力作用下出现疲劳，从而导致断裂现象出现。目前市场对于高强度微弹簧的生产有很大的需求，但是常规MEMS技术生产的微弹簧其硬度和抗弯强度极易出现失效现象。本专利技术主要是结合陶瓷金属的特性，针对怎样提高微弹簧的硬度和抗弯强度而专利技术的具有高强度和高抗弯强度的陶瓷微弹簧。同时本专利技术同样也适用于制造普通弹簧。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成本低，抗弯强度高且高硬度的陶瓷微弹簧材料的制备方法。本
技术实现思路
为：一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤:：①氮化硅材料制备为将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约10％-20％的还原铁粉，置于管式炉中煅烧，升温速率为6-8℃/min，保温时间为2-4h，冷却，收集固体颗粒；②陶瓷弹簧材料制备为取氮化硅材料20-40份，二氧化硅1-5份，氧化铝40-50份，聚乙烯醇1-5份，混合，根据需要压制成相应的微弹簧形状，随后干燥12-36h，将干燥的材料装入1500-2000℃的炉中烧结，时间为1-5h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。优选的，所述①氮化硅材料制备步骤中，将混合材料置于管式炉中充入氨气气体，1400-1600℃下煅烧。优选的，所述②陶瓷弹簧材料制备步骤中根据需要压制成相应的微弹簧形状采用压力为40Mpa，时间为5min。优选的，所述①氮化硅材料制备为将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约10％-15％的还原铁粉，置于管式炉中，在氨气气体，1500-1600℃下煅烧，升温速率为7-8℃/min，保温时间为3-4h，冷却，收集固体颗粒；优选的，所述②陶瓷弹簧材料制备为取氮化硅材料20-30份，二氧化硅2-5份，氧化铝45-50份，聚乙烯醇3-5份，混合在一起，根据需要压制成相应的微弹簧形状(其中压力为40Mpa，时间为5min)，随后干燥24-36h，将干燥的试样装入1500-1800℃的炉中烧结，时间为3-5h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。本专利技术提供一种成本低，抗弯强度高且高硬度的陶瓷微弹簧材料的制备方法，摆脱了现行微弹簧加工技术所述的材料及模具限制，创新性的使用陶瓷金属材料作为原料，以其原料粉末高压压成相应的微弹簧形状，且大大提高了微弹簧产品的硬度和抗弯强度，具有较高的市场推广前景和经济效益。具体实施方式实施例一一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤，其中：1.氮化硅材料制备将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约10％的还原铁粉，置于管式炉中，在氨气气体，1400℃下煅烧，升温速率为6℃/min，保温时间为2h，冷却，收集固体颗粒，备用。2.陶瓷弹簧材料制备取氮化硅材料20份，二氧化硅1份，氧化铝40份，聚乙烯醇1份，混合在一起，根据需要压制成相应的微弹簧形状(其中压力为40Mpa，时间为5min)，随后干燥12h，将干燥的试样装入1500℃的炉中烧结，时间为1h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。实施例二一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤，其中：1.氮化硅材料制备将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约20％的还原铁粉，置于管式炉中，在氨气气体，1600℃下煅烧，升温速率为8℃/min，保温时间为4h，冷却，收集固体颗粒，备用。2.陶瓷弹簧材料制备取氮化硅材料40份，二氧化硅5份，氧化铝50份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根据需要压制成相应的微弹簧形状(其中压力为40Mpa，时间为5min)，随后干燥36h，将干燥的试样装入2000℃的炉中烧结，时间为5h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。实施例三一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤，其中：1.氮化硅材料制备将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约10％的还原铁粉，置于管式炉中，在氨气气体，1600℃下煅烧，升温速率为6℃/min，保温时间为4h，冷却，收集固体颗粒，备用。2.陶瓷弹簧材料制备取氮化硅材料20份，二氧化硅5份，氧化铝40份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根据需要压制成相应的微弹簧形状(其中压力为40Mpa，时间为5min)，随后干燥12h，将干燥的试样装入2000℃的炉中烧结，时间为1h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。实施例四一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤，其中：1.氮化硅材料制备将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约20％的还原铁粉，置于管式炉中，在氨气气体，1400℃下煅烧，升温速率为8℃/min，保温时间为2h，冷却，收集固体颗粒，备用。2.陶瓷弹簧材料制备取氮化硅材料40份，二氧化硅1份，氧化铝50份，聚乙烯醇1份，混合在一起，根据需要压制成相应的微弹簧形状(其中压力为40Mpa，时间为5min)，随后干燥36h，将干燥的试样装入1500℃的炉中烧结，时间为5h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。实施例五一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤，其中：1.氮化硅材料制备将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约15％的还原铁粉，置于管式炉中，在氨气气体，1500℃下煅烧，升温速率为7℃/min，保温时间为3h，冷却，收集固体颗粒，备用。2.陶瓷弹簧材料制备取氮化硅材料30份，二氧化硅3份，氧化铝45份，聚乙烯醇3份，混合在一起，根据需要压制成相应的微弹簧形状(其中压力为40Mpa，时间为5min)，随后干燥24h，将干燥的试样装入1700℃的炉中烧结，时间为3h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。实施例六一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤，其中：1.氮化硅材料制备将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，其特征在于：包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤:①氮化硅材料制备:将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约10％‑20％的还原铁粉，置于管式炉中煅烧，升温速率为6‑8℃/min，保温时间为2‑4h，冷却，收集固体颗粒；②陶瓷弹簧材料制备:取氮化硅材料20‑40份，二氧化硅1‑5份，氧化铝40‑50份，聚乙烯醇1‑5份，混合，根据需要压制成相应的微弹簧形状，随后干燥12‑36h，将干燥的材料装入1500‑2000℃的炉中烧结，时间为1‑5h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。

【技术特征摘要】
1.一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，其特征在于：包括氮化硅材料制备及陶瓷弹簧材料制备两个步骤:①氮化硅材料制备:将硅粉和二氧化硅粉以摩尔比1：1混合，再加入质量分数占固体混合物总质量约10％-20％的还原铁粉，置于管式炉中煅烧，升温速率为6-8℃/min，保温时间为2-4h，冷却，收集固体颗粒；②陶瓷弹簧材料制备:取氮化硅材料20-40份，二氧化硅1-5份，氧化铝40-50份，聚乙烯醇1-5份，混合，根据需要压制成相应的微弹簧形状，随后干燥12-36h，将干燥的材料装入1500-2000℃的炉中烧结，时间为1-5h，得到高硬度陶瓷微弹簧材料。2.根据权利要求1所述的一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，其特征在于：所述①氮化硅材料制备步骤中，将混合材料置于管式炉中充入氨气气体，1400-1600℃下煅烧。3.根据权利要求1所述的一种新型高硬度陶瓷微弹簧材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞雅勤，
申请(专利权)人：桥运精密部件苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32