專利名稱：一種高性能釔鋯陶瓷軸承球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釔鋯陶瓷球，具體的說是一種高性能釔鋯陶瓷軸承球及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著軸承行業(yè)的發(fā)展，軸承的滾動體材料逐漸從鋼制滾動體發(fā)展到陶瓷滾動體。陶瓷滾動體與鋼制滾動體相比，具有密度小、硬度高、無磁性、高絕緣、耐腐蝕、壽命長等特點，目前能夠作為陶瓷滾動體的陶瓷材料主要是釔鋯陶瓷、氧化鋁、氮化硅和碳化硅材料。氧化鋁和碳化硅材料由于其力學(xué)性能尤其是斷裂韌性很低，只能適用于低端的低速軸承。釔鋯陶瓷和氮化硅陶瓷具有較好的綜合力學(xué)性能，是陶瓷軸承滾動體的首選材料。與氮化硅陶瓷相比，釔鋯陶瓷具有與軸承鋼相當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢蜔崤蛎浵禂?shù)，且斷裂韌性高，在價格上制備成本僅為氮化硅陶瓷的三分之一，因此釔鋯陶瓷軸承球具有很好的應(yīng)用前景和市場容量。目前，釔鋯陶瓷軸承球主要采用干壓法成球，然后在高溫爐中燒結(jié)而成。該種方法·制備的釔鋯陶瓷軸承球存在素坯密度低，且密度分布很不均勻，這容易在燒結(jié)過程中造成局部收縮不一致，導(dǎo)致燒結(jié)性能低。本發(fā)明通過在釔鋯陶瓷粉體制備過程中加入漿料穩(wěn)定齊U，粘結(jié)劑、潤滑劑、保濕劑等高分子添加物，制備出流動性好、成分均勻的漿料。這種漿料經(jīng)過噴霧造粒設(shè)備后形成顆粒級搭配較好的球形顆粒。將造粒好的粉料裝入模具經(jīng)過鋼模壓制制成素坯，再將素坯進(jìn)行冷等靜壓壓制后，經(jīng)過燒結(jié)制成釔鋯陶瓷軸承球。該方法制備的釔鋯陶瓷球具有致密性高、組織均勻、性能優(yōu)異的特點，且工藝操作簡單，工藝可靠性高，可以實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能釔鋯陶瓷軸承球及其制備方法，采用該方法制備的釔鋯陶瓷軸承球具有密度高、性能優(yōu)異、尺寸易于控制、可以批量生產(chǎn)等特點。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高性能釔鋯陶瓷軸承球，其特征在于按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，其成分由85-96. 5%的氧化鋯和3. 5-15%氧化釔組成。所述釔鋯陶瓷軸承球的相對致密度彡99. 2%，三點抗彎強(qiáng)度彡1200MPa,斷裂韌性彡12MPamO. 5，維氏硬度彡1300。一種高性能釔鋯陶瓷軸承球的制備方法，其特征在于以氧化鋯粉和氧化釔粉為基本原料，經(jīng)過漿料配置、噴霧造粒、壓制成型、冷等靜壓處理、燒結(jié)過程制備，具體制備過程如下I)漿料制備將氧化鋯粉、氧化釔粉、溶劑(去離子水或蒸餾水)按比例混合，再加入一定比例的漿料穩(wěn)定劑、粘結(jié)劑、潤滑劑、保濕劑，經(jīng)過高速循環(huán)攪拌磨混合4-6小時后過50-150目篩網(wǎng)，即制得漿料。其中
所述的氧化鋯粉、氧化釔粉為亞微米粉，粒徑D5tl < O. 5um ；所述的氧化鋯粉、氧化釔粉重量百分比為85-96. 5% 3. 5-15% ；所述的混合粉體與溶劑的重量百分比為80-85% 15-20% ；所述的漿料穩(wěn)定劑為檸檬酸銨，其加入質(zhì)量為混合粉體質(zhì)量的O. 5-1. 5% ；所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇或聚乙二醇,其加入重量為混合粉料重量的O. 5-1% ；所述的潤滑劑為油酸，其加入重量為混合粉料重量的O. 5-1% ；所述的保濕劑為丙三醇，其加入重量為混合粉料重量的O. 5_1%。2)噴霧造粒
將所制備的漿料經(jīng)過開式噴霧造粒設(shè)備進(jìn)行造粒，造粒溫度在180-20(TC，造粒粉料的顆粒呈實心球形狀，顆粒大小在20-150um之間。3)壓制成型造粒后的粉料在自動分料成型機(jī)上進(jìn)行雙向壓制，壓制壓力為5_20MPa。4)冷等靜壓處理壓制成型后的毛坯經(jīng)過真空封裝后需進(jìn)行冷等靜壓處理，壓制壓力為100-200MPa，保壓時間 30-120S。5)燒結(jié)將素坯放入坩堝中，在烘箱中80-120°C保溫8_12hr后除去所含水分，然后放入燒結(jié)設(shè)備中升溫至1500-1650°C燒結(jié)，保溫時間在O. 5-2小時。同時降溫速率< 100°C /h,降溫后即得釔鋯陶瓷軸承球。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下幾個有益效果I)采用亞微米級的氧化鋯粉料和氧化釔粉料能夠降低燒結(jié)溫度，同時獲得晶粒尺寸較小且均勻的微觀結(jié)構(gòu)組織。2)在漿料制備過程中，加入一定量的穩(wěn)定劑、粘結(jié)劑、潤滑劑、保濕劑能后漿料在噴霧過程中不分層，且噴霧造粒后粉料能夠含有一定的水分。在造粒粉料的雙向壓制過程中球坯不分層、不破裂，并能與模具有較好的潤滑性。3)采用冷等靜壓處理，能夠提高球坯燒結(jié)時的起始密度，降低燒結(jié)溫度和燒結(jié)收縮率。4)在燒結(jié)過程中控制降溫過程，能夠緩慢釋放燒結(jié)應(yīng)力，降低球坯燒結(jié)過程中產(chǎn)生裂紋等缺陷。
具體實施例以下參照具體的實施例來說明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實施例I將重量為96. 5kg的氧化鋯粉、3. 5Kg的氧化釔粉，去離子水25Kg放入循環(huán)攪拌磨中攪拌，在攪拌初期加入檸檬酸銨O. 5Kg，聚乙二醇O. 5Kg，油酸O. 5Kg，丙三醇O. 5Kg，攪拌4hr后過50目曬網(wǎng)，即得混合漿料。將混合漿料通過開式噴霧設(shè)備進(jìn)行造粒，造粒溫度為180°C，造粒顆粒成實心球型，粒徑在80-100um。將造粒粉料通過雙向壓制設(shè)備，壓制壓力為5MPa，成型為球坯，再將這些球坯真空封裝后進(jìn)行冷等靜壓壓制，壓制壓力lOOMPa，保壓時間120s，即得釔鋯陶瓷球素坯。將陶瓷球素坯裝入坩堝中置入烘箱中在80°C保溫IOhr后取出放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1500°C，保溫Ihr后開始降溫，降溫速率為90°C /h，將至1000°C時隨爐降溫，即得釔鋯陶瓷球。其性能為相對致密度99. 2%，三點抗彎強(qiáng)度1200MPa，斷裂韌性 12. IMPamO. 5，維氏硬度 1300。實施例2將重量為85kg的氧化鋯粉、15Kg的氧化釔粉，去離子水17. 6Kg放入循環(huán)攪拌磨中攪拌，在攪拌初期加入檸檬酸銨I. 5Kg，聚乙二醇lKg，油酸O. 75Kg，丙三醇O. 6Kg，攪拌6hr后過100目曬網(wǎng)，即得混合漿料。將混合漿料通過開式噴霧設(shè)備進(jìn)行造粒，造粒溫度為200°C，造粒顆粒成實心球型，粒徑在20-70um。將造粒粉料通過雙向壓制設(shè)備，壓制壓力為20MPa,成型為球坯，再將這些球坯真空封裝后進(jìn)行冷等靜壓壓制，壓制壓力200MPa，保壓時間30s即得釔鋯陶瓷球素坯。將陶瓷球素坯裝入坩堝中置入烘箱中在120°C保溫12hr后 取出放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1650°C，保溫O. 5hr后開始降溫，降溫速率為80°C /h，將至1000°C時隨爐降溫，即得釔鋯陶瓷球。其性能為相對致密度99. 4%，三點抗彎強(qiáng)度1270MPa，斷裂韌性 12. 8MPamO. 5，維氏硬度 1370。實施例3將重量為94. 6kg的氧化鋯粉、5. 4Kg的氧化釔粉，去離子水20Kg放入循環(huán)攪拌磨中攪拌，在攪拌初期加入檸檬酸銨O. 7Kg，聚乙烯醇O. 5Kg，油酸lKg，丙三醇O. 7Kg，攪拌5hr后過150目曬網(wǎng)，即得混合漿料。將混合漿料通過開式噴霧設(shè)備進(jìn)行造粒，造粒溫度為190°C，造粒顆粒成實心球型，粒徑在80-120um。將造粒粉料通過雙向壓制設(shè)備，壓制壓力為13MPa，成型為球坯，再將這些球坯真空封裝后進(jìn)行冷等靜壓壓制，壓制壓力150MPa，保壓時間90s，即得釔鋯陶瓷球素坯。將陶瓷球素坯裝入坩堝中置入烘箱中在100°C保溫Shr后取出放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1550°C，保溫2hr后開始降溫，降溫速率為70°C /h，將至1000°C時隨爐降溫，即得釔鋯陶瓷球。其性能為相對致密度99. 4%，三點抗彎強(qiáng)度1270MPa，斷裂韌性 12. 4MPamO. 5，維氏硬度 1360。實施例4將重量為90kg的氧化鋯粉、IOKg的氧化釔粉，去離子水22Kg放入循環(huán)攪拌磨中攪拌，在攪拌初期加入檸檬酸銨lKg，聚乙烯醇lKg，油酸O. 5Kg，丙三醇lKg，攪拌6hr后過100目曬網(wǎng)，即得混合漿料。將混合漿料通過開式噴霧設(shè)備進(jìn)行造粒，造粒溫度為200°C，造粒顆粒成實心球型，粒徑在100-150um。將造粒粉料通過雙向壓制設(shè)備，壓制壓力為17MPa，成型為球坯，再將這些球坯真空封裝后進(jìn)行冷等靜壓壓制，壓制壓力170MPa，保壓時間100s，SP得釔鋯陶瓷球素坯。將陶瓷球素坯裝入坩堝中置入烘箱中在100°C保溫IOhr后取出放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1600°C，保溫Ihr后開始降溫，降溫速率為90°C /h，將至1000°C時隨爐降溫，即得釔鋯陶瓷球。其性能為相對致密度99. 2%，三點抗彎強(qiáng)度1220MPa，斷裂韌性12. OMPamO. 5，維氏硬度1310。以上對本發(fā)明具體實施方式
的描述并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明作出各種改變或變形，只要不脫離本發(fā)明的精神，均應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種高性能釔鋯陶瓷軸承球，其特征在于按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，其成分由85-96. 5%的氧化鋯和3. 5-15%氧化釔組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能釔鋯陶瓷軸承球，其特征在于，所述釔鋯陶瓷軸承球的相對致密度彡99.2%，三點抗彎強(qiáng)度彡1200MPa，斷裂韌性彡12MPam°_5，維氏硬度彡 1300。
3.—種如權(quán)利要求I所述高性能釔鋯陶瓷軸承球的制備方法，其特征在于 步驟I :將氧化鋯粉和氧化釔粉溶入去離子水或蒸餾水中，加入穩(wěn)定劑、粘結(jié)劑、潤滑齊U、保濕劑，并采用高速攪拌工藝混合4-6h，即制得漿粒； 步驟2 :步驟I所得的漿料經(jīng)過噴霧造粒工藝獲得實心球形、粒度搭配好、流動性好的造粒粉料； 步驟3 :步驟2所得的造粒粉料采用雙向壓制制得球坯； 步驟4 :步驟3所得的球坯進(jìn)行真空封裝后進(jìn)行冷等靜壓壓制處理，獲得素坯； 步驟5 :步驟4所得的素坯在烘箱中烘干后進(jìn)行燒結(jié)，再經(jīng)過保溫和冷卻降溫處理后，即得釔鋯陶瓷球。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述氧化鋯粉和所述氧化釔粉的重量百分比為85-96. 5% 3.5-15%。
5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述氧化鋯粉和氧化釔粉為亞微米粉，粉末粒徑D5tl < O. 5um。
6.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，由所述氧化鋯粉和氧化釔粉組成的混合粉體與所述去離子水或蒸餾水的重量百分比為=80-85% 15-20%。
7.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟I中穩(wěn)定劑為檸檬酸銨，含量為粉體總質(zhì)量的O. 5-1. 5 %，粘結(jié)劑為聚乙二醇或聚乙烯醇，含量為粉體總質(zhì)量的O. 5-1%,潤滑劑為油酸，含量為粉體總質(zhì)量的O. 5-1%，保濕劑為丙三醇，含量為粉體總質(zhì)量的O.5-1%。
8.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于 步驟2中噴霧造粒的溫度在180-200°C。
9.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于 步驟2中造粒粉料的顆粒呈實心球形狀，顆粒大小在20-150um之間。
10.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟3中采用雙向壓制的壓制壓力在5_20MPa。
11.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟4中進(jìn)行冷等靜壓壓制的壓制壓力為 100-200MPa，保壓時間 30-120S。
12.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟5中素坯球的烘干溫度為80-120°C，烘干時間為8-12h ;燒結(jié)溫度在1500-1650°C，保溫時間為O. 5_2h，降溫速率< IOO0C /h。
13.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟5中得到的所述釔鋯陶瓷球的相對致密度彡99. 2%，三點抗彎強(qiáng)度彡1200MPa，斷裂韌性彡12MPam°_5，維氏硬度彡1300。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種高性能釔鋯陶瓷軸承球及其制備方法，屬于結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域。本發(fā)明采用亞微米級的氧化釔粉和氧化鋯粉，添加多種高分子作為分散劑、粘結(jié)劑、潤滑劑、保濕劑，通過高速攪拌分散后采用噴霧造粒工藝獲得實心球形，粒度分布好、流動性好的造粒料。造粒料通過雙向壓制后的球坯還需經(jīng)過冷等靜壓處理得到陶瓷球素坯。陶瓷球素坯經(jīng)過烘干水分后進(jìn)行燒結(jié)，在冷卻時控制冷卻速度后即可獲得高性能的釔鋯陶瓷球。本發(fā)明具有工藝操作簡單、工藝可靠性高，可實現(xiàn)低成本批量化生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/48GK102942362SQ20121033928
公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者蔡報貴, 任修明, 毛華云, 張錦紅, 張毅, 吳君國, 滕飛 申請人:江西金力永磁科技有限公司