一种氮化硅陶瓷球轴承滚动体的生产工艺

摘要

本发明涉及一种氮化硅陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，属于陶瓷制备领域。该工艺包括陶瓷烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷球；研磨步骤各个研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高，对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少研磨时间的效果。利用工艺制备的氮化硅陶瓷球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等，可广泛用作轴承的滚动体。

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化硅陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，属于陶瓷制备领域。

背景技术

球轴承是滚动轴承的一种，球滚珠装在内钢圈和外钢圈的中间，能承受较大的载 荷。其中，陶瓷球轴承因其独特的特点及广泛的应用领域而备受关注。目前，应用较 多的为氮化硅陶瓷球轴承。它的优点是：极限转速高、精度保持性好、启动力矩小、 陶瓷球轴承刚度高、干运转性好、寿命长，非常适合于在高速、高温以及腐蚀、辐射 条件下保持高精度、长时间运转。此外，氮化硅陶瓷的硬度比轴承钢高1倍，弹性模 量约高1/3，在相同载荷的条件下，氮化硅陶瓷的弹性变形小，所以，使用陶瓷球轴承 的机床主轴具有良好的运转精度。为了保证陶瓷球轴承的运行精度和使用寿命，对陶 瓷球球形度的要求极高，同时由于其本身为高强度材料，对其进行研磨则更加困难。

球轴承是滚动轴承的一种，球滚珠装在内钢圈和外钢圈的中间，能承受较大的载 荷。陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性 好等特点，特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体。

陶瓷球的研磨一般包含粗磨、精磨和超精磨或抛光的步骤，在各个步骤中对陶瓷 球进行一定程度的研磨，为了达到更好的研磨效果，需要对个阶段的研磨试剂进行合 理使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化硅陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，该工艺包括陶瓷 烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷球；研磨步骤各个 研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨 各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高，对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少 研磨时间的效果。利用工艺制备的氮化硅陶瓷球具有低密度、高硬度、低摩擦系数， 耐磨、自润滑及刚性好等，可广泛用作轴承的滚动体。

一种氮化硅陶瓷球轴承滚动体的生产工艺，按下述工艺步骤进行：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过筛，将过筛后的粉 料置于球磨机中球磨；

其中，所述陶瓷原料，按质量百分比，由下述组分组成：

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉于1600℃~1650℃，保温0.5h~2h， 停止加热后随炉冷却至室温；

④研磨抛光：将所得陶瓷球进行研磨和抛光，陶瓷球的球度不超过0.07微米， 表面粗糙度不超过0.008微米，按下述方法进行：

I．粗磨：载荷压力5~20N/球；所用粗磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为20~100μm， 所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.6~0.7；

II．精磨：载荷压力1~5N/球；所述精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为1~10μm， 所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.7~0.75；

III．超精磨：0.1~1N/球；所述超精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为0.01~1μm， 所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.75~0.85。

所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂与研磨基质的质量比为1:1~1:4；所 述基质为水或煤油。

本发明所述工艺优选所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分 比，由下述组分组成：

本发明所述工艺进一步优选下述技术方案：

一种氮化硅陶瓷的制备方法，包括下述工艺步骤：

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过80~200目筛，将 过筛后的粉料置于球磨机中，于300~360r/min的速度球磨6h~10h；

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以60~80℃/min的速度升温至 1600℃~1650℃，保温0.5h~2h，停止加热后随炉冷却至室温；

④研磨抛光：将所得陶瓷球进行研磨和抛光，陶瓷球的球度不超过0.07微米， 表面粗糙度不超过0.008微米。

本发明的有益效果是：该工艺包括陶瓷烧结和研磨两个步骤，烧结步骤可以实现 在常压下烧结氮化硅陶瓷球；研磨步骤各个研磨阶段的研磨剂包括粗磨研磨剂、精磨 研磨剂和超精磨研磨剂。这些研磨剂在研磨各个阶段中配合使用，可达到研磨效率高， 对陶瓷本体污染少，提高研磨效率、减少研磨时间的效果。利用工艺制备的氮化硅陶 瓷球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等，可广泛用作轴承 的滚动体。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以 任何方式限制本发明。

实施例1

①陶瓷原料制备：将经干燥后的陶瓷原料按比例混合均匀，过200目筛，将过筛 后的粉料置于球磨机中，于300r/min的速度球磨8h

②压制成形：将步骤①所得粉料置于磨具中，采用冷等静压的方法压制成球形；

③烧结：常压下，将粉料置于模具中，在烧结炉中以80℃/min的速度升温至1600 ℃，保温1h，停止加热后随炉冷却至室温；

④研磨抛光：

I．粗磨：载荷压力10N/球；所述粗磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为20~100μm， 所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.65，金刚石颗粒中粒度为20~50μm的金刚石颗 粒的质量至少占金刚石颗粒总质量的65%；

II．精磨：载荷压力2N/球；所述精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为1~10μm， 所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.7，金刚石颗粒中粒度为1~5μm的金刚石颗粒 的质量至少占金刚石颗粒总质量的65%；

III．超精磨：0.5N/球；所述超精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为0.01~1μm， 所述金刚石颗粒为球形，其圆球度为0.75，金刚石颗粒中粒度为0.01~0.5μm的金刚石 颗粒的质量至少占金刚石颗粒总质量的70%，

所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和超精磨研磨剂，按质量百分比，由下述组分组成：

分散剂为聚乙二醇。将三种研磨剂与水按质量比1:1混合后分阶段用于研磨氮化 硅陶瓷球，所得陶瓷球的球度为0.05μm，表面粗糙度0.005μm。