一种气浮轴承用多孔陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种气浮轴承用多孔陶瓷及其制备方法和应用，属于多孔陶瓷材料技术领域。所述方法包括步骤如下：按重量份计，将60~80份的氧化铝复合陶瓷粉料、40~55份的粘结剂和5~10份的造孔剂球磨后，分散于溶剂中混合均匀得到陶瓷浆料，所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括75%~90%的氧化铝、5%~20%的氧化锆、2%~5%的碳化硅和1%~2%的二氧化硅；将所述浆料干燥处理后压制成型，制成素坯；将所述素坯烧结得到多孔陶瓷。本发明专利技术制备得到的多孔陶瓷具有孔隙率高，渗透率高，机械性能优异，使用寿命长的优点，在气浮轴承中具有良好的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种气浮轴承用多孔陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术属于多孔陶瓷材料
，具体涉及一种气浮轴承用多孔陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
轴承是当今时代各类机械装备中必不可少的基础件,其性能的优劣直接的影响和决定着机械装备的性能好坏。气浮轴承也叫气体轴承。用空气作为润滑剂的滑动轴承。正常工作时，轴和轴承表面完全由气膜所隔开，凭借气膜中压力的变化来支承轴和外力负荷。由于空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而气浮轴承可用于高速机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比较低。由于气体的压力低和可压缩性，使气浮轴承存在着承载能力小、刚度低等问题，如设计不当容易引起不稳定等缺点。随着多孔材料的出现，这些问题正逐渐得到解决。目前应用于气浮轴承的的多孔材料主要有：多孔质青铜和多孔质不锈钢。多孔材料的渗透率是决定气浮轴承性能的主要因素，但是因为青铜和不锈钢材料硬度小，用机械加工的方法会产生磨削碎屑，堵塞多孔材料表面的孔隙，降低多孔材料的渗透率，从而影响气浮轴承的性能。另一方面，多孔质青铜和多孔质不锈钢硬度小，导致气浮轴承在运行过程中容易被磨损，使用寿命较短。多孔陶瓷则是一种稳定性好，耐磨腐效果优，使用寿命长，刚性大，耐高温，扭矩低，无磁性不导电的功能材料。
技术实现思路
解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供了一种气浮轴承用多孔陶瓷及其制备方法和应用，该多孔陶瓷孔隙度高，渗透率高，机械性能优异，使用寿命长，在气浮轴承中具有良好的应用。技术方案：一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法包括步骤如下：按重量份计，将60～80份的氧化铝复合陶瓷粉料、40～55份的粘结剂和5～10份的造孔剂球磨后，分散于溶剂中混合均匀得到陶瓷浆料，所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括75％～90％的氧化铝、5％～20％的氧化锆、2％～5％的碳化硅和1％～2％的二氧化硅；将所述浆料干燥处理后压制成型，制成素坯；将所述素坯烧结得到多孔陶瓷。在氧化铝为基料的氧化铝复合陶瓷粉料中，添加适当比例的氧化锆，能够相互配合，促进组织材料的均化，同时提高成型素坯的机械强度。优选的，所述粘结剂包括氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述粘结剂中氧化铝、氧化镁和二氧化钛的质量比为3.2～3.5：0.5～0.8：0.3～0.5。利用平均粒径仅为1～2μm的氧化铝和平均粒径小于1μm的氧化镁和二氧化钛作为粘结剂，经过搅拌后可均匀分散并覆盖在复合陶瓷粉料表面，经过陈化处理后能够凝结聚团，在压制后能使陶瓷粉料形成稳定的素坯。同时，氧化铝还能够起到促进烧结、降低烧结温度的作用，避免高温烧结引起的孔隙率降低问题。优选的，所述造孔剂为石墨粉、聚苯乙烯微球、碳酸氢铵和碳粉中的一种或几种。所添加的造孔剂难以与多种金属氧化物形成的陶瓷基体反应，在加热烧结过程中易于分解逸出，形成高孔隙率的多孔陶瓷，且不会在陶瓷基体内留下有害物质。优选的，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3～12μm，所述粘结剂的中位粒径为1～2μm，所述造孔剂的中位粒径为10～30μm。通过控制各组分的粒径分别在上述范围，可以使多孔陶瓷的孔径达到气浮轴承的使用要求。优选的，所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇和丙酮中的一种或几种。优选的，所述球磨操作中，料：球：介质的质量比为1.2～1.5:1:1.5～2.5。优选的，所述素坯烧结的操作为：在保护气氛条件下，将所述素坯以1.5～2℃/min的升温速率升温至300℃并保温0.5～1h，接着以0.5～1℃/min的速率升温至600～650℃并保温3～4h，再以2～3℃/min的速率升温至1200～1300℃并保温2～3h，得到所述多孔陶瓷。烧结过程中要使造孔剂能充分的排除，升温速率应适当减慢，必要时可进行适时的保温。在此烧结阶段，若升温速率过快，则会对素坯产生一定的冲击，造成坯体的开裂或坍塌。在高温阶段，素坯体积收缩。致密度增加，强度上升，陶瓷的导热系数偏低，其内部与表面形成温差，收缩不均匀而产生内应力，导致制品开裂或坍塌，故升温速率不宜太快。优选的，所述保护气氛为氮气或氩气气氛。由上述制备方法得到的多孔陶瓷。所述多孔陶瓷在气浮轴承中的应用。有益效果：本专利技术以氧化铝为陶瓷基料，加入适当比例的耐高温、耐腐蚀的氧化锆，能够有效改善多孔陶瓷的强度和硬度，使其具有较好的耐磨性能，不仅有利于提高其使用寿命，而且还能减少对多孔陶瓷机械加工时产生的磨削碎屑量，减少孔隙被堵塞而造成的多孔陶瓷的渗透率降低问题。本专利技术利用添加造孔剂的方法制备多孔陶瓷，降低了生产成本。本专利技术通过预烧结、二次烧结和高温烧结的三段式烧结方法，可以控制造孔剂在坯体中的反应速率，结合对应的坯体密度，在控制升温速率的条件下，可以方便的控制陶瓷的孔径大小，并能有效提升陶瓷的孔隙率。本专利技术制备得到的多孔陶瓷具有孔隙率高，渗透率高，机械性能优异，使用寿命长的优点，在气浮轴承中具有良好的应用。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法包括步骤如下：按重量份计，准备60份的氧化铝复合陶瓷粉料、45份的粘结剂和5份的造孔剂，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3～12μm，所述粘结剂的中位粒径为1～2μm，所述造孔剂的中位粒径为10～30μm。其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括80％的氧化铝、15％的氧化锆、3％的碳化硅和2％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.2：0.8：0.3的氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述造孔剂为碳酸氢铵。将上述粉料按照料：球：介质无水乙醇的质量比为1.5:1:1.5进行球磨，所用球磨机为行星球磨机，球磨转速为200r/min。再将球磨后的浆液取出分散于体积分数为75％的乙醇溶剂中，并通过超声分散混合均匀，得到陶瓷浆料。将所述浆料进行喷雾干燥处理，再通过模具干压成型，制成素坯。将所述素坯在氮气气氛下，以1.5～2℃/min的升温速率升温至300℃并保温1h，接着以0.5～1℃/min的速率升温至600℃并保温3h，再以2～3℃/min的速率升温至1200℃并保温2h，得到所述多孔陶瓷。实施例2一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法包括步骤如下：按重量份计，准备70份的氧化铝复合陶瓷粉料、40份的粘结剂和8份的造孔剂，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3～12μm，所述粘结剂的中位粒径为1～2μm，所述造孔剂的中位粒径为10～30μm。其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括90％的氧化铝、5％的氧化锆、4％的碳化硅和1％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.5：0.5：0.5的氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述造孔剂为聚苯乙烯微球。将上述粉料按照料：球：介质去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤如下：按重量份计，将60~80份的氧化铝复合陶瓷粉料、40~55份的粘结剂和5~10份的造孔剂球磨后，分散于溶剂中混合均匀得到陶瓷浆料，所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括75%~90%的氧化铝、5%~20%的氧化锆、2%~5%的碳化硅和1%~2%的二氧化硅；将所述浆料干燥处理后压制成型，制成素坯；将所述素坯烧结得到多孔陶瓷。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤如下：按重量份计，将60~80份的氧化铝复合陶瓷粉料、40~55份的粘结剂和5~10份的造孔剂球磨后，分散于溶剂中混合均匀得到陶瓷浆料，所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括75%~90%的氧化铝、5%~20%的氧化锆、2%~5%的碳化硅和1%~2%的二氧化硅；将所述浆料干燥处理后压制成型，制成素坯；将所述素坯烧结得到多孔陶瓷。


2.根据权利要求1所述的一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述粘结剂中氧化铝、氧化镁和二氧化钛的质量比为3.2~3.5：0.5~0.8：0.3~0.5。


3.根据权利要求1所述的一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为石墨粉、聚苯乙烯微球、碳酸氢铵和碳粉中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3~12μm，所述粘结剂的中位粒径为1~2μm，所述造孔剂的中位粒径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孔军，杜建周，金栋平，石峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32