專利名稱：高精度精密陶瓷球制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度精密陶瓷球制造工藝，具體涉及一種采用燒結(jié)工藝與粗
磨、精磨、初研、精研工藝相結(jié)合，能生產(chǎn)出機械強度高且熱性能和化學(xué)性能均優(yōu)，具有硬度 高、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等特點的高精度陶瓷球。
背景技術(shù)：
目前，市場上的工業(yè)用球主要有金屬球和陶瓷球兩種球體，相比于金屬球體，陶瓷 球的應(yīng)用領(lǐng)域更廣闊，適合于更為惡劣的環(huán)境。 陶瓷球體的特性為硬度高，與金屬相比脆性較大，加工困難。陶瓷球加工存在如 下主要問題材料特殊，需燒結(jié)成型，難度大；陶瓷球表面能低，研磨介質(zhì)和磨料附著性差， 影響陶瓷球加工效率、球表面粗糙度和批直徑變動量；陶瓷球在研磨盤溝道中自轉(zhuǎn)性差，影 響陶瓷球的加工精度特別是球形誤差；磨料種類和研磨板及其技術(shù)條件要進行合理選擇； 批量加工工藝參數(shù)要進行優(yōu)化。
由上可見，陶瓷球體的制作主要在于制作工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要任務(wù)在于提供一種高精度精密陶瓷球制造工藝，具體涉及一種能制 作出具有硬度高、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等特點的高精度陶瓷球的高精度陶瓷球制造工 藝。 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的一種高精度精密陶瓷球制造工藝，選用氮化硅
為材料，由燒結(jié)、粗磨、精磨、初研、精研五大工藝構(gòu)成，其特征在于所述燒結(jié)為熱等靜壓燒
結(jié)法，主要是將氮化硅(Si3N4)與6^質(zhì)量百分比的燒結(jié)助劑混合后，在1800士5(TC的溫度
下使用氮氣作為加壓介質(zhì)，利用各向均等的靜壓力壓制5 6分鐘后，燒結(jié)成型。 進一步地，所述燒結(jié)助劑為A1203+Y203。 進一步地，所述各向均等的靜壓力值在7 8MPa之間。 本發(fā)明的優(yōu)點在于將氮化硅采用熱等靜壓燒結(jié)成型，使用氮氣作為加壓介質(zhì)，集 熱壓和等靜壓的優(yōu)點于一身，成形產(chǎn)品致密，性能優(yōu)良，具有硬度高、耐磨損、耐高溫、耐腐 蝕等特點。燒結(jié)后的加工工藝是克服了陶瓷材料硬度高，脆性大，不易加工的難題，生產(chǎn)出 高質(zhì)量、高精度的陶瓷球。
具體實施例方式本發(fā)明的陶瓷球制作工藝如下 首先，選擇強度高、耐高溫、耐磨損的氮化硅(Si3N4)為主要原材料。
然后將氮化硅(Si3N4)粉末與燒結(jié)助劑按質(zhì)量比為94 : 6的比例進行混合配 比，所述燒結(jié)助劑為八1203和^03的混合物。將配比后的原材料置于燒結(jié)爐中，加熱至 1800±50°C的溫度，并在燒結(jié)爐中充入氮氣為加壓介質(zhì)，壓力應(yīng)大于7MPa，但最高不超過8Mpa，由于氮氣在燒結(jié)爐中所產(chǎn)生的各向壓力為靜壓力，且各向壓力值均等，因此，原材料 在該均等的靜壓力下利用高溫進行燒結(jié)5 6分鐘后，便可形成球坯。該工藝可制得達到 理論密度99%的氮化硅，產(chǎn)品性能優(yōu)良，強度很高，是世界上最堅硬的物質(zhì)之一，它極耐高 溫，強度一直可以維持到120(TC的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到190(TC才 會分解，特別適合制作為高溫軸承，其工作溫度可達120(TC，比普通合金軸承的工作溫度提 高2. 5倍，而工作速度是普通軸承的10倍，并有驚人的耐化學(xué)腐蝕性能，能耐幾乎所有的無 機酸和30%以下的燒堿溶液。 接下來對燒結(jié)好的球坯進行粗磨。粗磨工序要完成陶瓷毛坯球加工留量95%的加 工量，是影響陶瓷球加工效率的關(guān)鍵工序，材料去除量大，要求加工效率高，同時控制加工 表面質(zhì)量和精度。本發(fā)明中的陶瓷球的粗磨加工采用循環(huán)加工方法。具體如下采用硬度大 于230HB的鑄鐵磨球板，選用FMM-1型復(fù)合磨料以及FYM-1型復(fù)合研磨液，讓燒結(jié)好的陶瓷 球坯在磨球板(磨球盤轉(zhuǎn)速48-170r/min)之間，受一定的壓力(2 3MPa)，并在磨液作用 下，磨去部分留量，同時改善表面質(zhì)量和形狀。粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于1. 6 ii m， 球形誤差小于2iim。 粗磨結(jié)束后，再進行陶瓷球的精磨，精磨加工是在粗磨的基礎(chǔ)上改善陶瓷球的表 面質(zhì)量和精度。本發(fā)明中的陶瓷球的精磨加工采用循環(huán)加工方法。具體如下采用硬度 210 240HB的鑄鐵磨球板，選用FMM-2型復(fù)合磨料以及FYM_2型復(fù)合研磨液，讓粗磨后的陶 瓷球在磨球板(磨球盤轉(zhuǎn)速48-120r/min)之間，受一定的壓力(2 3MPa)，并在磨液作用 下，磨去部分留量，同時改善表面質(zhì)量和形狀。精磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0. 4 ii m， 球形誤差小于1 P m。 精磨結(jié)束后，進行陶瓷球的初研，初研加工是為了進一步改善陶瓷球的表面質(zhì)量 和精度，消除加工表面應(yīng)力。本發(fā)明中的陶瓷球的初研加工采用循環(huán)加工方法。具體如下 采用硬度190 220HB的鑄鐵研磨板，選用FMY-3型復(fù)合磨料以及FYY_3型復(fù)合研磨液，讓 精磨后的陶瓷球在研磨板(研磨盤轉(zhuǎn)速25-60r/min)之間，受一定的壓力(1 2. 5MPa)， 并在研磨液作用下，磨去部分留量，同時改善表面質(zhì)量和精度。初研后的陶瓷球精度基本達 到成品球的要求，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0. 08 ii m，球形誤差小于0. 25 y m。
初研結(jié)束后，進行陶瓷球的精研，精研加工是陶瓷球加工的最后一道工序，也是獲 得最終產(chǎn)品的工序。要求陶瓷球的表面質(zhì)量和精度達到G10或G5級標(biāo)準(zhǔn)。陶瓷球的精研 加工根據(jù)批量大小和精度要求，可采用循環(huán)精研或單溝精研的方式。本發(fā)明中的陶瓷球的 精研加工采用循環(huán)加工方法。具體如下采用硬度190 220HB的鑄鐵精研板，選用FMY-4 型復(fù)合磨料以及FYY-4型復(fù)合精研液，讓初研后的陶瓷球在精研板(精研盤轉(zhuǎn)速15-30r/ min)之間，受一定的壓力(1 2.5MPa)，并在精研液作用下，研磨掉最后的加工留量，同時 進一步提高表面質(zhì)量和精度。精研后陶瓷球的表面質(zhì)量和精度達到G10或G5級標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
高精度精密陶瓷球制造工藝，選用氮化硅為材料，由燒結(jié)、粗磨、精磨、初研、精研五大主要工藝構(gòu)成，其特征在于所述燒結(jié)為熱等靜壓燒結(jié)法，主要是將質(zhì)量百分比為94％的氮化硅(Si3N4)與質(zhì)量百分比為6％的燒結(jié)助劑混合后，在1800±50℃的溫度下使用氮氣作為加壓介質(zhì)，利用各向均等的靜壓力壓制5～6分鐘后，燒結(jié)成型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度精密陶瓷球制造工藝，其特征在于所述燒結(jié)助劑為 A1203和Y203的混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度精密陶瓷球制造工藝，其特征在于所述各向均等的 靜壓力值在7 8MPa之間。
全文摘要
本發(fā)明主要公開了一種高精度精密陶瓷球制造工藝，選用氮化硅為材料，由燒結(jié)、粗磨、精磨、初研、精研五大主要工藝構(gòu)成，其特征在于所述燒結(jié)為熱等靜壓燒結(jié)法，主要是將質(zhì)量百分比為94％的氮化硅(Si3N4)與質(zhì)量百分比為6％的燒結(jié)助劑混合后，在1800±50℃的溫度下使用氮氣作為加壓介質(zhì)，利用各向均等的靜壓力壓制5～6分鐘后，燒結(jié)成型。本發(fā)明將氮化硅采用熱等靜壓燒結(jié)成型，使用氮氣作為加壓介質(zhì)，集熱壓和等靜壓的優(yōu)點于一身，成形產(chǎn)品致密，性能優(yōu)良，具有硬度高、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等特點。燒結(jié)后的加工工藝是克服了陶瓷材料硬度高，脆性大，不易加工的難題，生產(chǎn)出高質(zhì)量、高精度的陶瓷球。
文檔編號C04B35/645GK101792318SQ201010127949
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者何福艮, 周勇, 沈悅平, 王嶸, 馬林 申請人:江蘇力星鋼球有限公司