一种新型陶瓷轴承复合材料制造技术

本发明专利技术公开一种新型陶瓷轴承复合材料，涉及陶瓷材料技术领域。本发明专利技术公开的新型陶瓷轴承复合材料是由以下重量份数的原料组成：氮化硅45‑65份、碳石墨粉10‑20份、氧化锆10‑15份、氧化铝5‑10份、氧化铈3‑5份、氧化钇3‑5份、钛粉3‑5份、粘结剂0.8‑1.2份和除泡剂0.2‑0.5份。此外，本发明专利技术还提供了新型陶瓷轴承复合材料的制备方法。本发明专利技术的新型陶瓷轴承复合材料具有优良的耐磨性能、高强度和高韧性，使轴承在高温条件下工作，不易变形，不易磨损，不易断裂，延长了轴承的使用寿命，且烧结温度较低，制备工艺简单，加工成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种新型陶瓷轴承复合材料
本专利技术属于陶瓷材料
，尤其涉及一种新型陶瓷轴承复合材料。
技术介绍
轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。轴承作为当代机械设备中非常重量的机械基础零部件，广泛应用科技和经济的各个领域。现有的轴承可分为钢轴承和陶瓷轴承，而陶瓷轴承又分为混合陶瓷轴承和全陶瓷轴承。混合陶瓷轴承仅指滚动体为陶瓷材料，内外圈仍为钢质材料的轴承，而全陶瓷轴承是指滚动体、内外圈、保持架等部件均为陶瓷材料的轴承。混合陶瓷轴承的生产加工高技术已较成熟，在国内、外公司(如NSK、FAG、SNFA等)已经实现了全尺寸系列的商品化生产，并在多个应用领域发挥了非常重要的作用。由于工业技术的不断发展，在一些比较苛刻的条件下，如航空、航天、核能、化学、石油、食品等领域，需要轴承在高温、高速、腐蚀、真空、无润滑等特殊环境下仍然能够正常工作，钢轴承和混合陶瓷轴承已经远远不能满足使用要求，因此，全陶瓷轴承得到了逐步的应用。全陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性，其抗高温、超强度等优良性能是金属轴承所无法比拟的。陶瓷轴承专利技术近几十年以来，氧化铝、碳化硅、氧化锆、氮化硅结构陶瓷材料作为陶瓷轴承的常用陶瓷材料。氮化硅及其复合材料具有较高的抗弯强度、断裂韧性，具有比重小、线膨胀系数小、自润滑性好等优良特性，针对这些特性对轴承性能的影响展开了大量的试验，探索出氮化硅陶瓷是作为轴承材料的最佳材料。但是氮化硅陶瓷用于制造陶瓷轴承还存在一些问题，如：相对于金属而言，材料易脆断；材料耐磨性不佳，易磨损，使用寿命低；材料的烧结温度高，加工困难，加工成本较高等问题，影响了氮化硅陶瓷的应用效果。中国专利技术专利CN107675057B公开了一种轴承用耐高温可润滑的陶瓷合金材料及其制备方法，该方法制得的轴承用的耐高温可润滑的陶瓷合金材料与传统的金属陶瓷轴承相比，具有更好强度、抗磨性和耐热性，使得轴承在高温条件下不变形，不易磨损，且制备工艺简单、加工成本低。但该陶瓷合金材料的抗弯强度较小，韧性较差，易脆断；且该材料烧结时采用两段式烧结工艺，增加了烧结步骤，即加工较高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种新型陶瓷轴承复合材料，具有优良的耐磨性能、高强度和高韧性，使轴承在高温条件下工作，不易变形，不易磨损，不易断裂，延长了轴承的使用寿命，且烧结温度较低，制备工艺简单，加工成本较低。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种新型陶瓷轴承复合材料，由以下重量份数的原料组成：氮化硅45-65份、碳石墨粉10-20份、氧化锆10-15份、氧化铝5-10份、氧化铈3-5份、氧化钇3-5份、钛粉3-5份、粘结剂0.8-1.2份和除泡剂0.2-0.5份。进一步的，所述粘结剂由以下重量份的组分组成：烷氧基封端聚醚70-80份、聚乙烯醇10-15份、羧甲基纤维素5-10份和甲苯二异氰酸酯2-5份，其制备方法具体包括以下步骤：将上述重量份数的粘结剂组分混合均匀后，在真空条件下，以惰性气体为保护气，在温度为110-120℃下搅拌反应2-3h，即得粘结剂。如上述所述的新型陶瓷轴承复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)按上述重量份数分别称取氮化硅、碳石墨粉、氧化锆、氧化铝、氧化铈、氧化钇和钛粉，混合均匀，球磨6-8h，制得研磨好的混合物；(2)将上述重量份数的粘结剂加入到步骤(1)中制得的混合物中，搅拌30min，然后加入上述重量份数的除泡剂和剂料比为2:1的水混合，搅拌1-2h后得混合料，然后将混合料放入球磨机中，研磨10-12h，制得浆料；(3)将上述浆料于100-120℃下干燥2-3h，过400目筛，再将过筛后的粉体装入所需形状的热压模具中，在200-300MPa下压制成型，制得生坯；(4)将步骤(3)中得到的生坯置于烧结炉中进行烧结，其烧结工艺如下：P1：将烧结炉以5℃/min的速度升温至200℃，并保温1-1.5h；P2：将烧结炉以2℃/min的速度升温至350℃，并保温1h；P3：往烧结炉中充入氦气或氩气，同时打开进气阀和出气阀，将烧结炉内废气排出，直到烧结炉置于氦气或氩气的氛围，且压力增加到7-8MPa；P4：将烧结炉以10℃/min的速度升温至1000-1100℃，并保温1h；P5：将烧结炉以2℃/min的速度升温至1350-1500℃，并保温2-3h，以不高于4℃/min的速度冷却至室温后取出，即制得所述新型陶瓷轴承复合材料。进一步的，所述步骤(1)中球磨速率为120-150r/min，球料比为5:1。进一步的，所述步骤(2)中球磨速率为300-350r/min，球料比为(7-9):1。本专利技术取得了以下有益效果：1、本专利技术的碳石墨粉具有摩擦系数低、耐腐蚀、线膨胀系数低的特点，其与氮化硅结合使用，能有效降低陶瓷轴承的摩擦系数和热膨胀系数，减少陶瓷轴承使用时热量的产生，从而有效延长了轴承的使用温度和高温使用时间，延长了陶瓷的使用寿命。碳石墨粉在陶瓷轴承的烧结过程中，即1000℃左右，碳石墨粉会将水蒸发留下的空隙填满，降低孔隙率，增加了陶瓷轴承的致密度，从而增加了陶瓷轴承的韧性，不易脆断。2、本专利技术的氧化铈和氧化钇作为稀土氧化物，能使陶瓷轴承复合材料的原料之间分散均匀，并协助粘结剂提高各原料之间的粘结效果，从而提高陶瓷轴承的机械性能，增加了本专利技术的热震性能，使其具有更佳的耐高温性能。氧化铈可作为固体润滑剂，与碳石墨粉配合使用，在高温摩擦时，减少摩擦生热，使陶瓷轴承具有优良的耐摩擦性能。3、本专利技术的氧化锆和氧化铝作为陶瓷轴承复合材料的添加成分，因其本身具有高硬度、高耐腐蚀性和高耐磨性能，通过与碳化硅晶粒界面上产生应力，造成了弱界面，从而提高了陶瓷轴承的强度和韧性。4、本专利技术的粘结剂是由烷氧基封端聚醚、聚乙烯醇、羧甲基纤维素和甲苯二异氰酸酯组成，烷氧基封端聚醚和甲苯二异氰酸酯共同作用，使陶瓷轴承复合材料各组分能更好的相互粘结，并在200-300℃的熔化过程中，能促进复合材料各组分间形成致密的结构，并在后续的高温烧结过程时碳化后，仍与复合材料各组分间紧密相连，提高了陶瓷轴承的致密性，从而提高了陶瓷轴承的强度和韧性。聚乙烯醇和羧甲基纤维素可使陶瓷轴承复合材料各组分在研磨过程中分散均匀，并能在100-120℃干燥过程中，使复合材料各组分均匀粘结有聚乙烯醇或羧甲基纤维素，提高了烧结过程中各组分的粘结效果，进一步提高了陶瓷轴承的致密性。5、本专利技术的钛粉能与本专利技术的氧化物在高温烧结过程中生成固体液相，促进各组分间均匀的紧密结合，加固各组分的结合效果，提高了陶瓷轴承的韧性和强度。6、本专利技术的烧结工艺采用多段升温模式，两段低温保温使粘结剂能更好的作用于陶瓷轴承复合材料，能均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型陶瓷轴承复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：氮化硅45-65份、碳石墨粉10-20份、氧化锆10-15份、氧化铝5-10份、氧化铈3-5份、氧化钇3-5份、钛粉3-5份、粘结剂0.8-1.2份和除泡剂0.2-0.5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型陶瓷轴承复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：氮化硅45-65份、碳石墨粉10-20份、氧化锆10-15份、氧化铝5-10份、氧化铈3-5份、氧化钇3-5份、钛粉3-5份、粘结剂0.8-1.2份和除泡剂0.2-0.5份。


2.根据权利要求1所述的新型陶瓷轴承复合材料，其特征在于，所述粘结剂由以下重量份的组分组成：烷氧基封端聚醚70-80份、聚乙烯醇10-15份、羧甲基纤维素5-10份和甲苯二异氰酸酯2-5份，其制备方法具体包括以下步骤：将上述重量份数的粘结剂组分混合均匀后，在真空条件下，以惰性气体为保护气，在温度为110-120℃下搅拌反应2-3h，即得粘结剂。


3.根据权利要求1或2所述的新型陶瓷轴承复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按上述重量份数分别称取氮化硅、碳石墨粉、氧化锆、氧化铝、氧化铈、氧化钇和钛粉，混合均匀，球磨6-8h，制得研磨好的混合物；
(2)将上述重量份数的粘结剂加入到步骤(1)中制得的混合物中，搅拌30min，然后加入上述重量份数的除泡剂和剂料比为2:1的水混合，搅拌1-2h后得混合料，然后将混合料放入球磨机中，研磨10-12h，制得浆料；
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【专利技术属性】
技术研发人员：何震，
申请(专利权)人：新化县正能精细陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43