一种高性能氮化硅摩擦副的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能氮化硅摩擦副的制备方法，该碳化硅摩擦副包含以下组分：氮化硅粉末80～85％、碳化硅晶须8～12％、烧结助剂2～5％、碳化硼粉末2～4％；摩擦副的制备方法包括以下步骤：(1)将碳化硅晶须酸化处理；(2)再将氮化硅粉末、处理后的碳化硅晶须、烧结助剂和碳化硼粉末混合均匀；(3)向混合粉末中加入水，配成料浆，将料浆球磨后放入模具中，采用半干法成型，得到坯体；(4)将所述坯体干燥后放入烧结炉进行烧结得到所述氮化硅摩擦副；通过本方法获得的氮化硅摩擦副材料高抗弯强度、高断裂韧性、高耐磨，可靠程度高，具有良好的力学性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能氮化硅摩擦副的制备方法


[0001]本专利技术属于摩擦副材料
，具体是涉及到一种高性能氮化硅摩擦副的制备方法。

技术介绍

[0002]摩擦副常用的材料有以下4种：
[0003](1)硬质合金。硬质合金有很多优异的性能，如高硬度、耐磨性、耐高温、线胀系数小、摩擦系数低、组对性能好等优点。其中，钨钴合金是以碳化钨为主体，它是用粉末冶金方法压制烧结而成的，其耐磨性能比较好，是钢的15～20倍，导热率比钢高1～2倍，是机械密封不可缺少的材料。但硬质合金的缺点是脆性大、强度不够高。
[0004](2)碳化硅材料。碳化硅具有减摩性能好、摩擦系数小、硬度高、抗氧化性等优点，使用温度可达1000℃以上，但是碳化硅，断裂韧性低，即脆性较大，一般与硬质合金组对。
[0005](3)合金钢、高硅铁。合金钢加工制造比较容易，经过热处理后，硬度和耐磨性大大增高，成本比较低。常用的材料有3Gr13、4Gr13、9Gr18。高硅铁是一种优良的耐酸材料。对硫酸、硝酸、有机酸等介质有良好的耐腐蚀性，但不耐强碱、盐酸，硬度(HRC)为45～50。
[0006](4)工程陶瓷。工程陶瓷具有极好的化学稳定性，硬度高，耐磨损，是耐腐蚀机械密封理想的摩擦副组对材料。但工程陶瓷的缺点是抗冲击韧性低、脆性大。
[0007]氮化硅(化学式：Si3N4，Silicon nitride)是一种共价键化合物，属于结构陶瓷材料。由于Si3N4是一种超硬物质，具有高强度、高硬度、较高断裂韧性，以及耐高温、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小、抗热冲击性好等优良性能，因此广泛应用于能源、汽车、轨道交通、机械、冶金化工、电子、航空航天、军工等现代科学技术和工业领域。
[0008]氮化硅的硬度、耐磨性能比碳化硅更好，更适合用于摩擦副，且氮化硅由于其结构特性，更适合做球形或异形件，但氮化硅的抗断裂韧性较低，较脆，易碎。
[0009]现有技术中，为改善氮化硅材料断裂韧性低、较脆、易碎的缺点，常常在氮化硅中加入其它材料，如加入碳化硅材料进行复合以改善其缺点，当氮化硅穿插在碳化硅颗粒之间并发生烧结，产生的增韧和强化作用远远优于单一材料性能。专利CN101913878B中采用SiC粉末、Si3N4粉末及烧结助剂与石蜡基多组元粘结剂混合成均匀的喂料，喂料经注射成形所得的预成形坯经溶脱、热脱、1150～1200℃预烧结后，置于真空碳管炉在1800～1900℃、Ar气氛下常压烧结，得到了尺寸复杂的SiCp/Si3N4复合陶瓷零件材料。上述反应温度高，反应相对复杂，且得到的复合材料综合力学性能一般。
[0010]专利CN106542829A中，利用固相反应法合成碳化硅晶须/碳化硅颗粒复合粉，并进一步通过烧结获得SiC晶须/SiC颗粒协同增韧氮化硅多孔陶瓷的方法，所得到的SiC晶须/SiC颗粒协同增韧氮化硅多孔陶瓷，气孔率40％，抗弯强度56.46MPa，断裂韧性2.06MPa
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。该材料虽然断裂韧性有所提高，但是气孔率大，硬度、强度等力学性能较低，不适于制备摩擦副材料。
[0011]因此，如何获得在高温下高抗弯强度、高断裂韧性、高耐磨的氮化硅材料是当前研
究的难点，如果能改善氮化硅材料的在力学性能上的缺点，简化制备方法，将进一步拓展氮化硅材料的应用。

技术实现思路

[0012]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高性能氮化硅摩擦副的制备方法，有效的将氮化硅材料应用于摩擦副中，通过加入一部分复合材料，结合特殊的处理工艺，使氮化硅摩擦副材料达到高温下高抗弯强度、高断裂韧性、高耐磨的使用要求，可靠程度高。
[0013]本专利技术的内容包括一种高性能氮化硅摩擦副的制备方法，包含以下组分：氮化硅粉末80～85％、碳化硅晶须8～12％、烧结助剂2～5％、碳化硼粉末2～4％；所述烧结助剂为Yb2O3和MgO的混合物；所述高性能氮化硅摩擦副的制备方法包括以下步骤：
[0014]步骤A：原料预处理，碳化硅晶须用浓酸浸泡，冲洗，干燥，备用；
[0015]步骤B：将氮化硅粉末、处理后的碳化硅晶须、烧结助剂和碳化硼粉末混合均匀；
[0016]步骤C：然后向所述混合粉末中加入水，配成料浆，将料浆球磨后放入模具中，采用半干法成型，得到坯体；
[0017]步骤D：将所述坯体干燥后放入烧结炉进行烧结得到所述氮化硅摩擦副。
[0018]进一步的，所述步骤A中预处理用的浓酸为浓硝酸或浓盐酸。
[0019]进一步的，所述烧结助剂为Yb2O3和MgO的混合物。
[0020]进一步的，所述烧结助剂Yb2O3和MgO的质量比为1:1.5
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3，优选1:2。
[0021]进一步的，所述氮化硅粉末为α
‑
氮化硅粉末,选用高α相、低氧、低碳含量和合适比表面的Si3N4粉体是获得高断裂韧性Si3N4材料的关键因素。
[0022]进一步的，所述料浆中，所述步骤C中氮化硅粉末、碳化硅晶须、烧结助剂和碳化硼粉末的总重量占料浆的50～60％。
[0023]进一步的，所述步骤C中半干法成型中使用的压强为200
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300MPa。
[0024]进一步的，所述步骤D中烧结炉采用梯度升温法进行升温：第一梯度升温速度为1～3℃/min，升温至1300～1400℃，保温2～3h；第二梯度升温速度为3
‑
6℃/min，升温至1600～1700℃，保温3～5h。
[0025]进一步的，所述第一梯度升温和保温阶段通入氩气保护，第二梯度升温和保温阶段通入氮气保护。
[0026]进一步的，所述步骤D中的烧结炉为微波烧结炉。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028](1)本专利技术通过加入碳化硅、碳化硼、烧结助剂等，结合处理工艺，使氮化硅摩擦副材料达到高温下高抗弯强度、高断裂韧性、高耐磨的使用要求，可靠程度高。
[0029](2)本专利技术中制备得到的氮化硅摩擦副材料的抗弯强度可达700～900Mpa，硬度可达1800
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2100HV，断裂韧性达到了7
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10MPa.m
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，克服了氮化硅材料易脆、断裂韧性低的缺点，用于摩擦副材料具有抗弯强度高、硬度大、断裂韧性高等优点。
具体实施方式
[0030]实施例1
[0031]步骤A：将碳化硅晶须置于浓硝酸中静置18
‑
24小时，充分酸化后用去离子水洗至pH＝6.5～7.0，干燥，得到表面酸化碳化硅晶须；
[0032]步骤B：称取氮化硅粉末84g、酸化后的碳化硅晶须10g、氧化镱1g、氧化镁粉末2g、碳化硼粉末3g混合均匀；
[0033]步骤C：然后向所述混合粉末中加入去离子水100ml，配成料浆，将料浆球磨后放入模具中，压强为250MPa，采用半干法成型，得到坯体；
[0034]步骤D：将坯体放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能氮化硅摩擦副的制备方法，其特征是，包含以下组分：氮化硅粉末80～85％、碳化硅晶须8～12％、烧结助剂2～5％、碳化硼粉末2～4％；所述烧结助剂为Yb2O3和MgO的混合物；所述高性能氮化硅摩擦副的制备方法包括以下步骤：步骤A：原料预处理，碳化硅晶须用浓酸浸泡，冲洗，干燥，备用；步骤B：将氮化硅粉末、处理后的碳化硅晶须、烧结助剂和碳化硼粉末混合均匀；步骤C：然后向所述混合粉末中加入水，配成料浆，将料浆球磨后放入模具中，采用半干法成型，得到坯体；步骤D：将所述坯体干燥后放入烧结炉进行烧结得到所述氮化硅摩擦副。2.如权利要求1所述的高性能氮化硅摩擦副的制备方法，其特征是，所述步骤A中预处理用的浓酸为浓硝酸或浓盐酸。3.如权利要求1所述的高性能氮化硅摩擦副的制备方法，其特征是，所述烧结助剂Yb2O3和MgO的质量比为1:1.5
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3。4.如权利要求3所述的高性能氮化硅摩擦副的制备方法，其特征是，所述烧结助剂Yb2O3和MgO的质量比为1:2。5.如权利要求1所述的高性能氮化硅摩擦副的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小锋，肖亮，朱福林，许滔，肖立，
申请(专利权)人：衡阳凯新特种材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：