一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法与流程

1.本发明涉及氮化硅陶瓷球制备技术领域，具体涉及一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法。


背景技术：

2.氮化硅作为一种陶瓷结构具有较高的硬度、强度，具有良好的耐腐蚀性及抗氧化性能，且耐高温密度小、膨胀系数小，适于用作疲劳寿命高、精度要求高的关键结构用材。氮化硅其本身具有脆性，且由于烧结工艺的限制，大尺寸氮化硅陶瓷结构产品质量不稳定，易出现变形及密度不均匀等问题。且目前国产氮化硅陶瓷球与进口氮化硅陶瓷球陶瓷球性能存在一定差距，有必要提出一种氮化硅基板更为成熟的烧结方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，以解决现有国内市场上的大尺寸氮化硅陶瓷球在烧结过程中出现的易变形，不致密等缺陷的问题。
4.本发明提供一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，包括如下步骤：
5.步骤一、称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的；
6.步骤二、无水乙醇作为介质，将步骤一所得物料球磨进行混匀15h-20h，球磨速率为90转/分钟-120转/分钟，经旋转蒸发器65℃-75℃干燥4h-5h；
7.步骤三、将步骤二所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在50-100微米、松装密度0.85g/cm3～0.90g/cm3的均匀粉料；
8.步骤四、将粉末放入球磨具中40mpa-45mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型；
9.步骤五、将生胚在280mpa-300mpa条件下进行冷等静压成型；
10.步骤六、将步骤五中所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，在1850℃-2000℃条件下烧结1h-2h，氮气压力为9mpa-12mpa。
11.进一步地，所述步骤二中，无水乙醇作为介质，将步骤一所得物料球磨进行混匀18h，球磨速率为100转/分钟，经旋转蒸发器70℃干燥4.5h。
12.进一步地，所述步骤三中，将步骤二所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在80微米、松装密度0.88g/cm3的均匀粉料。
13.进一步地，所述步骤四中，将粉末放入球磨具中42mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型。
14.进一步地，所述步骤五中，将生胚在290mpa条件下进行冷等静压成型。
15.进一步地，所述步骤六中，将步骤五中所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，在1900℃条件下烧结1.5h，氮气压力为10mpa。
16.进一步地，还包括：步骤七、采用化学气相沉积在步骤六得到的氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层。
17.进一步地，所述步骤七中，将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1200℃～1500℃下反应4h～6h。
18.进一步地，所述步骤七中，将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1300℃下反应5h。
19.进一步地，所述步骤六中，将步骤五中所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理时，烧结助剂为氧化钇、氧化镁、氧化铝、碳化钨中的一种或多种。
20.本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，通过称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的；无水乙醇作为介质，将所得物料球磨进行混匀15h-20h，球磨速率为90转/分钟-120转/分钟，经旋转蒸发器65℃-75℃干燥4h-5h；将所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在50-100微米、松装密度0.85g/cm3～0.90g/cm3的均匀粉料；将粉末放入球磨具中40mpa-45mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型；将生胚在280mpa-300mpa条件下进行冷等静压成型；将所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，在1850℃-2000℃条件下烧结1h-2h，氮气压力为9mpa-12mpa，制得大尺寸氮化硅陶瓷球，与现有制备方法相比，可避免烧结过程中出现的易变形，不致密等缺陷。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明提供的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法的流程图。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
24.请参阅图1，本发明实施例提供一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，包括如下步骤：
25.步骤一、称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的。
26.步骤二、无水乙醇作为介质，将步骤一所得物料球磨进行混匀15h-20h，球磨速率为90转/分钟-120转/分钟，经旋转蒸发器65℃-75℃干燥4h-5h。
27.步骤三、将步骤二所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在50-100微米、松装密度0.85g/cm3～0.90g/cm3的均匀粉料。
28.具体地，闭式喷雾造粒指的是将粉浆或溶液喷入造粒塔，在喷雾热风的作用下，粉浆或溶液干燥、团聚，从而得到球状团粒的造粒方法。该方法广泛用于生产各种粒径大小的催化剂或者其他对粒径有所要求的颗粒。可适应实验和小规模生产使用，颗粒球精度好，颗
粒均匀。
29.步骤四、将粉末放入球磨具中40mpa-45mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型。
30.步骤五、将生胚在280mpa-300mpa条件下进行冷等静压成型。
31.具体地，冷等静压成型为将装满粉料的橡胶膜具放置到密闭的容器中，通过油泵施加各向同等的压力，在高压的作用下，制得致密的坯体的成型工艺。
32.步骤六、将步骤五中所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，在1850℃-2000℃条件下烧结1h-2h，氮气压力为9mpa-12mpa。
33.具体地，烧结助剂为氧化钇、氧化镁、氧化铝、碳化钨中的一种或多种。当烧结助剂能与烧结物形成固溶体时，将使晶格畸变而得到活化。故可降低烧结温度，使扩散和烧结速度增大，这对于形成缺位型或填隙型固溶体尤为强烈。因此，对于扩散机理起控制作用的高温氧化物烧结过程，选择与烧结物阳离子半径相近但电价不同的烧结助剂以形成缺位型固溶体；或是选用半径较小的阳离子以形成填隙型固溶体通常会有助于烧结。有些氧化物在烧结时发生晶型转变并伴有较大体积效应，这就会使烧结致密化发生困难，并容易引起坯体开裂。这时若能选用适宜的烧结助剂加以抑制，即可促进烧结。zro2烧结时添加一定量的cao、mgo就属于这一机理。在1200℃左右，稳定的单斜zro2转变成四方zroz并伴有约10％的体积收缩，使制品稳定性变坏。引入电价比zr4+低的ca2+(或mg2+)，可形成立方型的zr1-xcaxo2稳定固溶体。这样既防止了制品开裂，又增加了晶体中空位浓度使烧结加速。由于烧结后期晶粒长大，对烧结致密化有重要作用。但若二次再结晶或间断性晶粒长大过快，又会因晶粒变粗、晶界变宽而出现反致密化现象并影响制品的显微织构。这时，可通过加入能抑制晶粒异常长大的烧结助剂，来促进致密化进程。例如上面提及的在al2o3中加入少量mgo就有这种作用。此时，mgo与al2o3形成的镁铝尖晶石分布于al2o3颗粒之间，抑制了晶粒长大，并促使气孔的排除，因而可能获得充分致密的透明氧化铝多晶体。烧结时若有适宜的液相，往往会大大促进颗粒重排和传质过程。烧结助剂的另一作用机理，就在于能在较低温度下产生液相以促进烧结。液相的出现，可能是烧结助剂本身熔点较低；也可能与烧结物形成多元低共熔物。例如，在beo中加入少量cao、sro、ti02；在mgo中加入少量v205或cuo等是属于前者；而在al2o3中加入cao和tio2、mno和tio2以及sio2和cao等混合烧结助剂时，则两种作用兼而有之，从而能更有效加速烧结。
34.步骤七、采用化学气相沉积在步骤六得到的氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层。
35.具体地，化学气相沉积主要利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是iii-v、ii-iv、iv-vi族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。进一步地，所述步骤七中，将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1200℃～1500℃下反应4h～6h。
36.以下通过几个具体实施例对本发明的超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法进行说明。
37.实施例一
38.称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的。无水乙醇作为介质，将所得物料球磨进行混匀18h，球磨速率为100转/分钟，经旋转蒸发器70℃干燥4.5h。将所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在80微米、松装密度0.88g/cm3的均匀粉料。将粉末放入球磨具中42mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型。将生胚在290mpa条件下进行冷等静压成型。将所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，烧结助剂为氧化钇、氧化镁，在1900℃条件下烧结1.5h，氮气压力为10mpa。采用化学气相沉积在氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层：将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1300℃下反应5h。
39.实施例二
40.称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的。无水乙醇作为介质，将所得物料球磨进行混匀15h，球磨速率为90转/分钟，经旋转蒸发器65℃干燥4h。将所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在50微米、松装密度0.85g/cm3的均匀粉料。将粉末放入球磨具中40mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型。将生胚在280mpa条件下进行冷等静压成型。将所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，烧结助剂为氧化铝、碳化钨，在1850℃条件下烧结1h，氮气压力为9mpa。采用化学气相沉积在氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层：将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1200℃下反应4h。
41.实施例三
42.称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的。无水乙醇作为介质，将所得物料球磨进行混匀20h，球磨速率为120转/分钟，经旋转蒸发器75℃干燥5h。将所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在100微米、松装密度0.9g/cm3的均匀粉料。将粉末放入球磨具中45mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型。将生胚在300mpa条件下进行冷等静压成型。将所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，烧结助剂为氧化钇、氧化镁、氧化铝及碳化钨，在2000℃条件下烧结2h，氮气压力为12mpa。采用化学气相沉积在氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层：将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1500℃下反应6h。
43.由以上实施例可知，本发明提供的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，通过称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的；无水乙醇作为介质，将所得物料球磨进行混匀15h-20h，球磨速率为90转/分钟-120转/分钟，经旋转蒸发器65℃-75℃干燥4h-5h；将所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在50-100微米、松装密度0.85g/cm3～0.90g/cm3的均匀粉料；将粉末放入球磨具中40mpa-45mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型；将生胚在280mpa-300mpa条件下进行冷等静压成型；将所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，在1850℃-2000℃条件下烧结1h-2h，氮气压力为9mpa-12mpa，制得大尺寸氮化硅陶瓷球，与现有制备方法相比，可避免烧结过程中出现的易变形，不致密等缺陷。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
46.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、称取6wt％mgsin
2-ybf3、94wt％β-si3n4粉进行预混合，达到混匀的目的；步骤二、无水乙醇作为介质，将步骤一所得物料球磨进行混匀15h-20h，球磨速率为90转/分钟-120转/分钟，经旋转蒸发器65℃-75℃干燥4h-5h；步骤三、将步骤二所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在50-100微米、松装密度0.85g/cm3～0.90g/cm3的均匀粉料；步骤四、将粉末放入球磨具中40mpa-45mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型；步骤五、将生胚在280mpa-300mpa条件下进行冷等静压成型；步骤六、将步骤五中所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，在1850℃-2000℃条件下烧结1h-2h，氮气压力为9mpa-12mpa。2.根据权利要求1所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤二中，无水乙醇作为介质，将步骤一所得物料球磨进行混匀18h，球磨速率为100转/分钟，经旋转蒸发器70℃干燥4.5h。3.根据权利要求1所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤三中，将步骤二所得物料通过闭式喷雾造粒进行雾化处理，得到粒径在80微米、松装密度0.88g/cm3的均匀粉料。4.根据权利要求1所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤四中，将粉末放入球磨具中42mpa预压，制成陶瓷球生胚，将生胚剪去多余部分进行修型。5.根据权利要求1所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤五中，将生胚在290mpa条件下进行冷等静压成型。6.根据权利要求1所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤六中，将步骤五中所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理，在1900℃条件下烧结1.5h，氮气压力为10mpa。7.根据权利要求1所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，还包括：步骤七、采用化学气相沉积在步骤六得到的氮化硅陶瓷球表面沉积形成碳化硅层。8.根据权利要求7所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤七中，将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1200℃～1500℃下反应4h～6h。9.根据权利要求8所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤七中，将氮化硅陶瓷球加入反应器，并向反应器通入甲基三氯硅烷、氩气和氢气，在温度为1300℃下反应5h。10.根据权利要求1所述的一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法，其特征在于，所述步骤六中，将步骤五中所得毛坯球放入气压烧结炉内进行烧结处理时，烧结助剂为氧化钇、氧化镁、氧化铝、碳化钨中的一种或多种。

技术总结
本发明公开一种超大型轴承用超大尺寸氮化硅陶瓷球制备方法。该方法通过称取6wt％MgSiN


技术研发人员：柏小龙 徐耀栋 蔡忠明
受保护的技术使用者：埃克诺新材料（大连）有限公司
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2023/7/20