新型陶瓷轴承材料包括氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷等工程陶瓷材料。
①氮化硅陶瓷(Si3N4):制造高速或高温、耐腐蚀精密陶瓷轴承球或滚子。
②氧化锆陶瓷(ZrO2):制造高温、耐腐蚀中低速陶瓷轴承球或滚动子。
③氮化硼陶瓷(BN):制造高温、耐腐蚀、自润滑全陶瓷轴承。
1、氮化硅陶瓷材料特点:
①多晶材料,晶体结构属六方晶系。
②氮化硅陶瓷外观呈灰白、蓝灰、灰黑色。
③理论密度:3.19±0.1g/cm3,密度低。
④高硬度,良好的耐磨性,低磨擦系数(自配磨0.02~0.07),自润滑性好。
⑤耐高温,抗热震性较好。
⑥具有较高的断裂韧性,抗冲击性能较好。
⑦耐腐蚀性好,能耐所有酸(除氢氟酸以外)腐蚀,能抗弱碱腐蚀,对大多数强碱和熔盐不稳定。
⑧与轴承钢相近的接触疲劳寿命,相似的疲劳剥落形式。
⑨氮化硅粉末性能:粒度0.5~0.8μm,低的杂质含量和氧含量<2wt%,α相含量>90wt%。
⑩氮化硅粉末制造方法:
A、硅粉直接氮化法3Si+2N2→Si3N4
国内普遍采用的方法,需经球磨得到细粉,易引入杂质。
B、硅亚胺分解法SiCl4+6NH3→Si(NH)2+4NH4Cl
3Si(NH)2→Si3N4+N2+3H2
粉末纯度高,细度细且均匀,制造成本高。
C、碳热还原氮化法3SiO2+2N2+6C→Si3N4+6CO
D、化学气相沉积法3SiCl4+4NH3→Si3N4+12HCl
需激化诱导,粉末纯度高,细度细且均匀,制造成本极高。
⑩致密氮化硅陶瓷制造方法:
A、热压氮化硅(HP SN) 方法:氮化硅混合粉末在石墨模具中,同时加热和但轴向加压,烧结温度1650~1850℃,压力15~30MPa,保温时间1~4h。特点:致密,基本达到理论密度(99~100%),制品形状简单,难于批量化生产,可制造滚子毛坯,成品价格昂贵。
B、常压烧结氮化硅(S SN) 方法:氮化硅混合粉末经模压或冷等静压成形,用烧结炉在N2气氛中烧结,温度1700~1800℃,时间几小时,压力0.1MPa(1atm)。 特点:成本低,易于批量生产,相对密度95~99%,孔隙较多,不适宜制造轴承球。
C、气氛压力烧结氮化硅(GSP SN) 方法:氮化硅混合粉末经冷等静压成形,用气氛压力烧结炉在高压N2气氛中烧结,烧结温度1800℃,时间数小时,压力5~10MPa。 特点:性能好,致密(相对密度97~99%),易于批量生产,国内普遍采用,可制造轴承球,成本较高。
D、热等静压烧结氮化硅(HIP SN) 方法:氮化硅混合粉经模压或冷等静压成形,S或GPS烧结后,用热等静压炉,Ar2或N2气做压力传递介质,在高温(1700~1999℃)高压 (150~200MPa)下使氮化硅致密,使原已烧结过的RBSN、SSN、SRBSN进一步排除气孔。添加剂含量低.特点:性能优异,基本完全致密(99~100%),可批量生产,可制造高性能陶瓷轴承球,国外普遍采用,成本高。
2、氧化锆陶瓷材料特点:
①晶体结构:部分稳定氧化锆(PSZ),立方相(cub)结构+单斜相(mono)结构。
②较高的韧性(所有陶瓷材料中最高的),抗弯强度可达1300MPa,但断裂韧性对温度敏感,高温应用时应注意。
③常用的氧化锆陶瓷为Mg-PSZ。
④高硬度,耐磨损,不易划伤对偶件。
⑤耐腐蚀,对多数酸碱稳定。
⑥接触疲劳寿命与轴承相差较大,不适宜制造高速重载陶瓷轴承。
⑦可制造轻载中低速腐蚀场合的陶瓷轴承。
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