本發(fā)明屬于關(guān)節(jié)軸承制造，涉及一種陶瓷關(guān)節(jié)軸承和制備方法。

背景技術(shù)：

1、關(guān)節(jié)軸承又稱球面滑動軸承，主要由帶有內(nèi)球面的外圈和帶有外球面的內(nèi)圈組成。由于關(guān)節(jié)軸承可實現(xiàn)任意角度的擺動，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、承載能力大等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械、航空航天、汽車等領(lǐng)域。由于金屬材料的抗腐蝕性差、膨脹系數(shù)大等缺點，金屬材質(zhì)的關(guān)節(jié)軸承難以在惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作。陶瓷材料相較于金屬材料來說，具有不導(dǎo)磁、耐腐蝕、輕量化、高精度等優(yōu)異性能，因此陶瓷材質(zhì)的關(guān)節(jié)軸承具有金屬關(guān)節(jié)軸承無法比擬的優(yōu)良性能，特別是能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境，且具有更長的使用壽命。

2、目前，金屬材質(zhì)的關(guān)節(jié)軸承常用擠壓成型的方法制造，但這種包括塑性變形過程的方法不適用于陶瓷材質(zhì)的關(guān)節(jié)軸承。陶瓷材質(zhì)的關(guān)節(jié)軸承大多采用缺口裝配的方法，即先制造帶有缺口的外圈，從缺口位置安裝內(nèi)圈后再將外圈的缺口位置補齊。由于采用這種方法的外圈上存在豁口導(dǎo)致外圈受力狀態(tài)不均勻，因此會影響關(guān)節(jié)軸承的使用壽命。申請?zhí)枮?023104564233的中國專利“一種關(guān)節(jié)軸承一體成形的制造方法”提供了一種干壓成型制備坯體，先燒結(jié)制備內(nèi)圈，再將成型好的內(nèi)圈放入外圈坯體中燒結(jié)的技術(shù)方案。干壓成型制備的關(guān)節(jié)軸承內(nèi)部坯體密度均勻度的控制難度大，坯體內(nèi)部容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，加之需要經(jīng)過多次升溫-降溫過程，容易在燒結(jié)過程中開裂；并且多次燒結(jié)的制造周期長。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種陶瓷關(guān)節(jié)軸承和制備方法，采用凝膠注模成型法，利用收縮量不同的陶瓷原料制備內(nèi)圈和外圈并同時燒結(jié)，在燒結(jié)過程中使內(nèi)圈和外圈產(chǎn)生不同的收縮量從而防止內(nèi)外圈粘連，且內(nèi)外圈坯體內(nèi)部材料分布均勻，在燒結(jié)過程中不易開裂，成品率高，能夠一體成型燒結(jié)制備出陶瓷關(guān)節(jié)軸承。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提出了一種陶瓷關(guān)節(jié)軸承，包括：內(nèi)圈和外圈；內(nèi)圈的球形弧面外側(cè)包圍有外圈的球形弧面，所述內(nèi)圈表面設(shè)置有隔離層；

3、所述內(nèi)圈由以下質(zhì)量份的原料制備獲得：單體3~6份、交聯(lián)劑7~12份、分散劑0.1~0.5份、引發(fā)劑0.3~0.5份、催化劑0.02~0.04份與氧化鋁粉體80~100份；

4、所述外圈由以下質(zhì)量份的原料制備獲得：單體3~6份、交聯(lián)劑7~12份、分散劑0.1~0.5份、引發(fā)劑0.3~0.5份、催化劑0.02~0.04份、氧化鋁粉體60~70份和白剛玉粉體，且白剛玉粉體和氧化鋁粉體的質(zhì)量比值為0.4~1；

5、所述氧化鋁粉體的粒徑為300~700nm；所述白剛玉粉體的粒徑為0.8~1.5μm。

6、本發(fā)明第二方面提出了上述陶瓷關(guān)節(jié)軸承的制備方法，包括以下步驟：

7、s1、使用內(nèi)圈的制備原料混合獲得內(nèi)圈漿料，將內(nèi)圈漿料注入關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈模具中，凝固獲得內(nèi)圈坯體，在內(nèi)圈坯體表面設(shè)置氮化硼隔離層；

8、s2、使用外圈的制備原料混合獲得外圈漿料，將內(nèi)圈坯體放入關(guān)節(jié)軸承的外圈模具中，在內(nèi)圈坯體和外圈模具之間注入外圈漿料，凝固獲得關(guān)節(jié)軸承坯體；

9、s3、將關(guān)節(jié)軸承坯體干燥后在630~650℃排膠，之后在1400~1600℃燒結(jié)，獲得陶瓷關(guān)節(jié)軸承產(chǎn)品。

10、本發(fā)明的有益效果為：

11、1、本發(fā)明提供的陶瓷關(guān)節(jié)軸承包括陶瓷材質(zhì)的內(nèi)圈和陶瓷材質(zhì)的外圈，由于內(nèi)圈和外圈的組成成分不同，因此在燒結(jié)過程中各自的收縮量不同，使內(nèi)圈和外圈能夠在制備過程中自然分離，而不會燒結(jié)在一起。

12、2、本發(fā)明采用凝膠注模成型方法制備陶瓷關(guān)節(jié)軸承，凝膠注模成型的最大優(yōu)點是坯料在燒結(jié)時收縮均勻，避免了關(guān)節(jié)軸承在燒結(jié)過程中的變形，進(jìn)而獲得整體的全陶瓷關(guān)節(jié)軸承。特別是排膠過程中，陶瓷生坯內(nèi)部的由單體、交聯(lián)劑等成分生成的有機高分子分解成小分子，以氣體的形式排出，進(jìn)而得到只有陶瓷粉末堆積的坯體。燒結(jié)過程中，由于混合有白剛玉粉體的外圈坯體和不含白剛玉的內(nèi)圈坯體的收縮幅度不一致，且內(nèi)圈的收縮幅度更大，因此可有效防止關(guān)節(jié)軸承在燒結(jié)時內(nèi)外圈燒結(jié)在一起，進(jìn)而獲得整體的全陶瓷關(guān)節(jié)軸承，避免了關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外圈之間的裝配，能夠制備出不帶豁口的陶瓷關(guān)節(jié)軸承。并且一次排膠與燒結(jié)為一個連續(xù)的升溫保溫過程，一次性燒結(jié)成型，避免了反復(fù)升溫導(dǎo)致的材料開裂風(fēng)險，制備難度低，成型方法穩(wěn)定，提高了關(guān)節(jié)軸承的生產(chǎn)效率。

技術(shù)特征：

1.一種陶瓷關(guān)節(jié)軸承，其特征在于，包括：內(nèi)圈和外圈；內(nèi)圈的球形弧面外側(cè)包圍有外圈的球形弧面，所述內(nèi)圈表面設(shè)置有隔離層；

2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承，其特征在于，所述單體為羥甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的一種；

3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承，其特征在于，所述隔離層包括氮化硼或者氮化碳粉體中的一種或兩種。

4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承，其特征在于，所述內(nèi)圈材質(zhì)在1400~1600℃燒結(jié)過程中的收縮比例為15%~18%；所述外圈材質(zhì)在1400~1600℃燒結(jié)過程中的收縮比例為14%~17%；且內(nèi)圈材質(zhì)的收縮比例大于外圈材質(zhì)。

5.一種如權(quán)利要求1所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.如權(quán)利要求5所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承的制備方法，其特征在于，s1中，將單體、交聯(lián)劑和設(shè)定量的水混合，攪拌獲得第一溶液；在第一溶液中添加分散劑，并用ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)ph至9±0.5，后加入消泡劑和氧化鋁粉體，獲得第一漿料，將第一漿料球磨后除泡，之后加入催化劑和引發(fā)劑，進(jìn)行第二次除泡，獲得內(nèi)圈漿料。

7.如權(quán)利要求6所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承的制備方法，其特征在于，s1中，所述球磨的方法為：將第一漿料按照球料比為（1~1.5）：3的比例放入尼龍球磨罐中，以250~290r/min的轉(zhuǎn)速球磨4~6h；

8.如權(quán)利要求5所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承的制備方法，其特征在于，s2中，將單體、交聯(lián)劑和設(shè)定量的水混合，攪拌獲得第一溶液；在第一溶液中添加分散劑，并用ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)ph至9±0.5，后加入消泡劑、氧化鋁粉體和白剛玉粉體，獲得第二漿料，將第二漿料球磨后除泡，之后加入催化劑和引發(fā)劑，進(jìn)行第二次除泡，獲得外圈漿料；?s2中，所述球磨的方法為：將第二漿料按照球料比為（1~1.5）：3的比例放入尼龍球磨罐中，以250~290r/min的轉(zhuǎn)速球磨4~6h；

9.如權(quán)利要求5所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承的制備方法，其特征在于，s3中，所述干燥的方法為將關(guān)節(jié)軸承坯體在30~40℃烘干5~7h，然后在45~50℃烘干44~52h。

10.如權(quán)利要求5所述的陶瓷關(guān)節(jié)軸承的制備方法，其特征在于，s3中，所述排膠的方法為：以1~1.5℃/min的速度升溫至130~140℃，之后以1.5~2℃/min的速度升溫至630~650℃保溫30~40min；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種陶瓷關(guān)節(jié)軸承和制備方法，屬于關(guān)節(jié)軸承制造技術(shù)領(lǐng)域。關(guān)節(jié)軸承包括內(nèi)圈和外圈，內(nèi)圈的最大截面積位置位于外圈的球形弧面的內(nèi)部；內(nèi)圈的原料包括：單體3~6份、交聯(lián)劑7~12份、分散劑0.1~0.5份、引發(fā)劑0.3~0.5份、催化劑0.02~0.04份與氧化鋁粉體80~100份；外圈的原料中包括氧化鋁粉體60~70份和白剛玉粉體，且白剛玉粉體和氧化鋁粉體的質(zhì)量比值為0.4~1。由于內(nèi)圈和外圈的組成成分不同，且采用凝膠注模成型方法，因此在燒結(jié)過程中各自的收縮量不同，使內(nèi)圈和外圈能夠在制備過程中自然分離，而不會燒結(jié)在一起。

技術(shù)研發(fā)人員：陳輝,劉香港,許崇海,張靜婕,孟祥龍,陳照強,肖光春,衣明東,高楊楊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19