專利名稱：一種粉末原料制造球形體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬、陶瓷粉末制造工件或制品的方法領(lǐng)域。主要適用于制造硬質(zhì)合金球、陶瓷球等制品。尤其適用于制造軸承用高致密、顯微結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷球。同時適用于制造高質(zhì)量的硬質(zhì)合金閥球、陶瓷閥球，以及精密測量領(lǐng)域使用的高硬度、高耐磨的陶瓷球、硬質(zhì)合金球。
背景技術(shù)：
由粉末原料制造球形體的工藝由來已久，例如食品行業(yè)的湯圓、醫(yī)藥行業(yè)的藥丸、粉磨、油漆等行業(yè)所使用的研磨介質(zhì)球等其制造方法也屬此類范疇。通常采用以下幾種方法生產(chǎn)a.揉搓法，即做成泥團人工揉搓。此方法生產(chǎn)的球性能最差，已很少采用。
b.切斷模壓法，即把泥團經(jīng)擠出機擠出定長切斷，放入兩個半圓球模中模壓(壓力很低，一般≤30MPa)，例如專利JP63-222805，該法只能生產(chǎn)φ30mm以上大球，國內(nèi)多為手工模壓且多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)小企業(yè)生產(chǎn)后自身使用或用于化工行業(yè)作為沸石、催化劑載體、陶瓷、耐火材料行業(yè)球磨粉料用，該法生產(chǎn)的球耐磨性很差。
c.金屬模壓法，該法由于受壓制原理的限制，只能生產(chǎn)出類球體的產(chǎn)品。球形較上述兩種方法相差很多。產(chǎn)品多用于球磨介質(zhì)。
d.注漿法，該法用兩個半球形石膏模注漿(上模開一個注漿口)產(chǎn)品球形較好，但是留有注漿“尾巴”和接縫環(huán)，每只球要人工修坯，生產(chǎn)效率較低，占用場地大，生產(chǎn)周期長(一般3～5天注漿一次)。
e.干袋等靜壓法，該法是所有方法中最先進，最易實現(xiàn)自動化的一種生產(chǎn)球形體的方法。缺點是壓力低(一般為50MPa)，產(chǎn)品也是一種類球體。
f.中國專利CN97100450.1所述方法是用彈性材料做成大半個球形的軟膜，向軟膜中加入粉末原料加蓋密封等靜壓(CIP)處理，只能生產(chǎn)大球，也不是完整的球形。
上述傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的類球體如圖1a、圖1b、圖1c、圖1d、圖1e所示。
上述諸方法只能生產(chǎn)大球，對小于φ3mm的球都難以生產(chǎn)。小球的生產(chǎn)多采用中藥丸式的滾球法生產(chǎn)，該法生產(chǎn)的素坯球體密度低，球徑分布大。
上述方法中大多要加入大量水分、有機粘結(jié)劑，這就造成素坯在干燥時易開裂和不“潔凈”。由于壓制壓力較低，坯體密度低，燒結(jié)后毛坯氣孔多、強度、硬度都很低。這些方法生產(chǎn)的球體不適用于軸承球。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可加工小球徑、高致密產(chǎn)品，且產(chǎn)品球形好的粉末原料制造球形體的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，該方法包括以下工藝步驟首先制造成型球體的彈性軟模，其方法是先制做金屬“母”模，再澆注或熱壓翻制成彈性軟模；其次是將預(yù)制配方的粉末原料裝入模具，經(jīng)真空密封在等靜壓(CIP)缸中壓制成素坯球(高溫?zé)魄暗呐黧w)，最后將素坯球經(jīng)高溫致密化處理；得到的毛坯球圓度尺寸精度取決于模具制造精度，致密度、顯微結(jié)構(gòu)取決于配方和燒結(jié)工藝條件的控制。
所述的彈性軟模的制造方法是，采用兩塊同樣外形尺寸(圓形或方形或其它任意的幾何形狀)的金屬板并緊(或一塊厚金屬板)，按一定尺寸鉆若干個孔(或規(guī)則地、或不規(guī)則地)形成蜂窩狀，孔的大小按所要求制造的球經(jīng)大小而定，可大至設(shè)備所容許的尺寸，可小至現(xiàn)有鋼球的尺寸，孔的數(shù)量依孔大小和板的面積可無限多；分開并緊的兩塊互成鏡像的金屬板(或從一塊厚金屬板中間線切割分成兩塊互成鏡像的蜂窩狀金屬板)，用鋼球(或其它材質(zhì)的球如硬質(zhì)合金、陶瓷球等)鑲進(采用預(yù)緊擠壓方式)金屬板圓孔中并露出半球，球與圓孔縫隙成緊密接觸，依次鑲滿兩塊金屬板，分別形成互成鏡像的“左”模和“右”模，并分別給“左”“右”模做外圈以適合翻制彈性模具；采用上述方法制做的金屬模，作為母模，并翻制具有一定彈性的橡膠、塑膠模，例如聚胺脂一類的彈性軟模具，同樣形成互成鏡像的“左”“右”模，如圖2所示，其方法與現(xiàn)行澆注、熱壓等橡塑產(chǎn)品的生產(chǎn)方法相同，見“《化工產(chǎn)品手冊》，橡膠和橡膠制品，化學(xué)工業(yè)部北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院編，化學(xué)工業(yè)出版社”和“《電子陶瓷工藝基礎(chǔ)》史蔭庭編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，P75”，表1所列四大類材料可供選擇，其中以聚胺脂的各項性能最佳，天然橡膠性價比最好。
表1.幾種CIP彈性軟模具材料特性比較

所述的素坯球的制備方法是，將事先配制好的粉末體原料，裝入兩只互為鏡像的彈性軟模中并壓實、刮平，加入至少2粒以上定位球，“左”、“右”鏡像模合并，用食品行業(yè)通用的包裝方式，將鏡像軟模真空密封包裝，稱其為“干、濕”復(fù)合模(圖3)，放入現(xiàn)行使用的冷等靜壓裝置(CIP)中壓制成型，壓力一般為50～300MPa；除去真空包裝，打開鏡像模，出模，素坯球成型完畢，其尺寸精度與模具制作精度和加入粉料量的準(zhǔn)確性有關(guān)；素坯球成型尺寸范圍φ1.3～60.0mm；成型后的素坯球密度可達理論密度的55％以上。
所述的高溫致密化處理工藝為，出模后的素坯球裝于燒結(jié)設(shè)備中，視不同材質(zhì)、配方其燒結(jié)工藝參數(shù)為1000～2000℃，壓力為真空至200MPa，氣氛可以是真空、氬氣、氮氣、氫氣等，燒結(jié)時間視球坯尺寸大小及裝爐量而定1～30小時；出爐后的毛坯球其致密度可達理論密度的95％以上。
所述的磨削加工工藝為，采用傳統(tǒng)的鋼球磨加工裝置，將燒結(jié)好的球坯置于下磨盤的溝槽中，上盤加壓，壓力為0～10MPa，轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/分～100轉(zhuǎn)/分，加入研磨料其硬度Hv≥1500，如SiC、Al2O3、BC4、立方BN、金剛石等，粒度100～1000目。拋光料可加入Cr2O3、Fe2O3、稀土氧化物、Al2O3等超細粉，粒度≤100μm，所述的拋光料還包括H2O2或CrO3溶液。加工的球體尺寸范圍φ0.5～47.63mm，圓度(球直徑變動量、球形誤差)范圍0.08～5μm，表面粗糙度范圍0.010～0.150um，精度等級達G3～G200(GB/T308-2002，ISO3290-1998)。
中國專利CN97100450.1所述模具制造方法是制造大半個球形模具并留有裝料口，裝料后要加蓋密封，其球形并不完整，雖然避免了鋼模壓制形成的環(huán)帶(如圖1.c)但是球上留有“蓋子”的痕跡，即“帽子”。(如圖1.d、e所示)，因此成型出的球并不是真正的球形，小于φ3mm的球“蓋子”就無法加工，更談不上生產(chǎn)效率了，該方法只能生產(chǎn)大于φ5mm的成品球，(其實施例中壓好的最小球坯是φ7.3～7.9mm，按20％燒結(jié)收縮毛坯球經(jīng)在φ5.8～6.3mm，磨加工后球徑在φ5.5～6.0mm之間)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于利用互為鏡像的軟模可以成型出真正的球形，素坯上只留下一條線狀接縫的痕跡(見圖4a)，而且可以成型小于φ3mm，至φ1.3mm的微型素坯球，其成品尺寸可小于φ0.8mm。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的類球體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明互為鏡像的彈性軟模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明干、濕復(fù)合模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明生產(chǎn)的球形體產(chǎn)品及廢品球的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例1一種Si3N4陶瓷球的制造方法，該方法包括以下工藝步驟
將兩塊100mm×100mm×20mm的鋼板兩面磨平后，并緊在一起，鉆φ10mm孔10～30只，分開兩塊鋼板，分別將10～30只φ10mm鋼球鑲進鋼板中，并露出半個鋼球，加一個100mm×100mm×50mm內(nèi)正方形外圈，用于翻制橡塑軟模。
現(xiàn)行Si3N4陶瓷生產(chǎn)所使用的各種配方的粉末原料都適用于本發(fā)明的模具來制造球型體，例如反應(yīng)燒結(jié)采用硅粉(Si)，反應(yīng)燒結(jié)重?zé)Y(jié)采用硅粉并添加三氧化二億(Y2O3)等稀土氧化物和三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)等堿土氧化物，無壓燒結(jié)、氣壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)采用氮化硅粉并添加三氧化二億(Y2O3)等稀土氧化物和三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)等堿土氧化物，添加的量根據(jù)材料的具體要求而定，粉末原料無須加粘結(jié)劑，經(jīng)予造粒過30～100目篩子，裝入圖2所示的模具中并壓實、刮平，加入至少2粒以上定位球，“左”、“右”鏡像模合并，用食品行業(yè)通用的包裝方式，將鏡像軟模真空密封包裝，稱其為“干、濕”復(fù)合模(圖3)，放入現(xiàn)行使用的冷等靜壓裝置(CIP)中壓制成型，壓力為150～200MPa，介質(zhì)可以是油或水。除去真空包裝，打開鏡像模，素坯球成型完畢，其尺寸精度與模具制作精度和加入粉料量的準(zhǔn)確性有關(guān)。
A.定量裝料對球徑大小的影響以φ10mm素坯球為例，設(shè)生坯密度為1.700g/cm3，則所需原料重量為0.8897g，①若以+10％的粉末重量誤差裝填料，則球徑為φ10.32mm。
②若以+5％的粉末重量誤差裝填料，則球徑為φ10.16mm。
③因此做φ10mm球裝料重量誤差必須控制在10％以內(nèi)。球徑之間誤差則小于0.32mm。
B.模具設(shè)計和精度對球橢圓度的影響模具設(shè)計和精度是指半球模腔的尺寸精度，半球模腔偏小，CIP成型出球成扁橢圓形(見圖4b)，若半球模腔偏大，CIP成型出的球成為長橢圓形(見圖4c)。因此設(shè)計加工的半球模腔應(yīng)是正好的半圓。采用復(fù)合模即要求精確定位，否則球形將出現(xiàn)偏差、錯位(見圖4d)。應(yīng)用多點精密定位技術(shù)較好地解決了這一問題。仍以φ10mm球為例，如果模腔深度為5.1mm則壓出的球為長橢圓形，長短徑相差0.2mm。如果模腔深度為4.9mm則壓出的球為扁橢圓形，長短徑相差0.2mm。因此模腔半徑應(yīng)略大于實際球半徑一點。
出模后的素坯球裝于Si3N4陶瓷常用的燒結(jié)設(shè)備中，可以是常壓(氮)、氣壓(0.1至10MPa氮氣)、熱等靜壓(100至200MPa的氬加氮或純氮)。
其燒結(jié)工藝參數(shù)為1300～2000℃，燒結(jié)時間視球坯尺寸大小及裝爐量而定1～30小時，出爐后的毛坯球其致密度可達理論密度的95％以上，典型的可達99.5％。
采用現(xiàn)行的鋼球磨加工裝置，將燒結(jié)好的Si3N4陶瓷球坯置于下磨盤的溝槽中，上盤加壓，壓力為1～5MPa，轉(zhuǎn)速為20～70轉(zhuǎn)/分，加入研磨料其硬度Hv≥2200，如BC4、BN、金剛石等，粒度100～1000目。拋光料可加入Cr2O3、Fe2O3、稀土氧化物，Al2O3等超細粉，粒度≤100μm。磨削液為水基硬磨液，拋光液為水基軟磨液。也可以直接用H2O2、、CrO3等作為拋光液而無須加入拋光料。加工好的球體精度大于G200級(圓度5μm，粗糙度0.15μm)，典型的可達G3級(圓度＜0.08μm，粗糙度＜0.008μm)。
本實施例制造的Si3N4陶瓷毛坯球可用于研磨介質(zhì)。
本實施例制造的高致密、顯微結(jié)構(gòu)均勻的G3～G16 Si3N4陶瓷球適用于軸承。
本實施例制造的普通材質(zhì)G16～G200Si3N4陶瓷球適用于測量、閥門。
實施例2一種硬質(zhì)合金球的制造方法，該方法包括以下工藝步驟將兩塊φ100mm×20mm的鋼板兩面磨平后，并緊在一起，鉆φ2mm孔100～300只，分開兩塊鋼板，分別將100～300只φ2mm鋼球鑲進鋼板中，并露出半個鋼球，加一個φ100mm×50mm內(nèi)圓形外圈，用于翻制橡塑軟模。
現(xiàn)行硬質(zhì)合金生產(chǎn)所使用的各種配方的粉末原料都適用于本發(fā)明的模具來制造球型體，例如YG3、YG6、YG8等，粉末原料無須加粘結(jié)劑，經(jīng)予造粒過30～100目篩子，裝入圖2所示的模具中并壓實、刮平，加入至少2粒以上定位球，“左”、“右”鏡像模合并，用食品行業(yè)通用的包裝方式，將鏡像軟模真空密封包裝，稱其為“干、濕”復(fù)合模(圖3)，放入現(xiàn)行使用的冷等靜壓裝置(CIP)中壓制成型，壓力為100～200MPa，介質(zhì)可以是油或水。除去真空包裝，打開鏡像模，素坯球成型完畢，其尺寸精度與模具制作精度和加入粉料量的準(zhǔn)確性有關(guān)。
出模后的素坯球裝于硬質(zhì)合金常用的燒結(jié)設(shè)備中，可以是真空、氫氣氛、氣壓(氬、氮)、熱等靜壓(100至200MPa的氬加氮或純氮)。其燒結(jié)工藝參數(shù)為1000～1500℃，燒結(jié)時間視球坯尺寸大小及裝爐量而定1～10小時，出爐后的毛坯球其致密度可達理論密度的95％以上，典型的可達99.5％。
采用現(xiàn)行的鋼球磨加工裝置，將燒結(jié)好的硬質(zhì)合金球坯置于下磨盤的溝槽中，上盤加壓，壓力為1～10MPa，轉(zhuǎn)速為40～100轉(zhuǎn)/分，加入研磨料其硬度Hv≥2200，如BC4、BN、金剛石等，粒度100～1000目。拋光料可加入Cr2O3、Fe2O3、稀土氧化物，Al2O3等超細粉，粒度≤100μm。磨削液為水基硬磨液，拋光液為水基軟磨液。加工好的球體精度大于G200級(圓度5μm，粗糙度0.15μm)，典型的可達G16級(圓度＜0.4μm，粗糙度＜0.025μm)。
本實施例制造的硬質(zhì)合金毛坯球可用于研磨介質(zhì)。
本實施例制造的G16～G60硬質(zhì)合金球適用于圓珠筆芯。
本實施例制造的G16～G200硬質(zhì)合金球適用于測量、閥門。
實施例3一種ZrO2陶瓷球的制造方法，該方法包括以下工藝步驟將一塊φ100mm×40mm的鋼板磨平后，鉆φ20mm孔5～10只，將鋼板線切割成兩塊相同厚度的園板，分別將5～10只φ20mm鋼球鑲進鋼板中，并露出半個鋼球，加一個φ100mm×50mm內(nèi)圓形外圈，用于翻制橡塑軟模。
現(xiàn)行ZrO2陶瓷生產(chǎn)所使用的各種配方的粉末原料都適用于本發(fā)明的模具來制造球型體，例如3％、8％三氧化二億(Y2O3)穩(wěn)定劑的ZrO2粉等(氧化鈣也可用于穩(wěn)定劑)，粉末原料無須加粘結(jié)劑，經(jīng)予造粒過30～100目篩子，裝入圖2所示的模具中并壓實、刮平，加入至少2粒以上定位球，“左”、“右”鏡像模合并，用食品行業(yè)通用的包裝方式，將鏡像軟模真空密封包裝，稱其為“干、濕”復(fù)合模(圖3)，放入現(xiàn)行使用的冷等靜壓裝置(CIP)中壓制成型，壓力為150～200MPa，介質(zhì)可以是油或水。除去真空包裝，打開鏡像模，素坯球成型完畢，其尺寸精度與模具制作精度和加入粉料量的準(zhǔn)確性有關(guān)。
出模后的素坯球裝于ZrO2陶瓷常用的燒結(jié)設(shè)備中，可以是空氣氛、氣壓(氬)、熱等靜壓(100至200MPa的氬)。其燒結(jié)工藝參數(shù)為1400～1700℃，燒結(jié)時間視球坯尺寸大小及裝爐量而定1～20小時，出爐后的毛坯球其致密度可達理論密度的95％以上，典型的可達99.5％。
采用現(xiàn)行的鋼球磨加工裝置，將燒結(jié)好的硬質(zhì)合金球坯置于下磨盤的溝槽中，上盤加壓，壓力為1～10MPa，轉(zhuǎn)速為20～100轉(zhuǎn)/分，加入研磨料其硬度Hv≥2200，如BC4、BN、金剛石等，粒度100～1000目。拋光料可加入Cr2O3、Fe2O3、稀土氧化物，Al2O3等超細粉，粒度≤100μm。磨削液為水基硬磨液，拋光液為水基軟磨液。加工好的球體精度大于G200級(圓度5μm，粗糙度0.15μm)，典型的可達G5級(圓度＜0.13μm，粗糙度＜0.014μm)。
本實施例制造的ZrO2陶瓷毛坯球可用于研磨介質(zhì)。
本實施例制造的G5～G28 ZrO2陶瓷球適用于軸承。
本實施例制造的G16～G200 ZrO2球適用于測量、閥門。
實施例4一種SiC陶瓷球的制造方法，該方法包括以下工藝步驟將一塊φ100mm×40mm的鋼板磨平后，鉆φ20mm孔5～10只，將鋼板線切割成兩塊相同厚度的園板，分別將5～10只φ20mm鋼球鑲進鋼板中，并露出半個鋼球，加一個φ100mm×50mm內(nèi)圓形外圈，用于翻制橡塑軟模。
現(xiàn)行SiC陶瓷生產(chǎn)所使用的各種配方的粉末原料都適用于本發(fā)明的模具來制造球型體，例如添加三氧化二億(Y2O3)等稀土氧化物和三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)等堿土氧化物的液相燒結(jié)SiC粉，添加B、C的固相燒結(jié)SiC粉以及添加C的反應(yīng)燒結(jié)Si粉。粉末原料無須加粘結(jié)劑，經(jīng)予造粒過30～-100目篩子，裝入圖2所示的模具中并壓實、刮平，加入至少2粒以上定位球，“左”、“右”鏡像模合并，用食品行業(yè)通用的包裝方式，將鏡像軟模真空密封包裝，稱其為“干、濕”復(fù)合模(圖3)，放入現(xiàn)行使用的冷等靜壓裝置(CIP)中壓制成型，壓力為150～200MPa，介質(zhì)可以是油或水。除去真空包裝，打開鏡像模，素坯球成型完畢，其尺寸精度與模具制作精度和加入粉料量的準(zhǔn)確性有關(guān)。
出模后的素坯球裝于SiC陶瓷常用的燒結(jié)設(shè)備中，可以是真空、氣壓(氬)、熱等靜壓(100至200MPa的氬)。其燒結(jié)工藝參數(shù)為2000～2200℃，燒結(jié)時間視球坯尺寸大小及裝爐量而定1～20小時，出爐后的毛坯球其致密度可達理論密度的95％以上，典型的可達99.5％。
采用現(xiàn)行的鋼球磨加工裝置，將燒結(jié)好的硬質(zhì)合金球坯置于下磨盤的溝槽中，上盤加壓，壓力為0.05～1MPa，轉(zhuǎn)速為20～50轉(zhuǎn)/分，加入研磨料其硬度Hv≥2200，如BC4、BN、金剛石等，粒度100～1000目。拋光料可加入Cr2O3、Fe2O3、稀土氧化物，Al2O3等超細粉，粒度≤100μm，磨削液為水基硬磨液，拋光液為水基軟磨液。也可以直接用H2O2、、CrO3等作為拋光液而無須加入拋光料。加工好的球體精度大于G200級(圓度5μm，粗糙度0.15μm)，典型的可達G5級(圓度＜0.13μm，粗糙度＜0.014μm)。
本實施例制造的SiC陶瓷毛坯球可用于研磨介質(zhì)。
本實施例制造的G5～G28 SiC陶瓷球適用于軸承。
本實施例制造的G16～G200 SiC陶瓷球適用于測量、閥門。
實施例5一種Al2O3陶瓷球的制造方法，該方法包括以下工藝步驟將兩塊φ100mm×20mm的鋼板兩面磨平后，并緊在一起，鉆φ2mm孔100～300只，分開兩塊鋼板，分別將100～300只φ2mm鋼球鑲進鋼板中，并露出半個鋼球，加一個φ100mm×50mm內(nèi)圓形外圈，用于翻制橡塑軟模。
現(xiàn)行Al2O3陶瓷生產(chǎn)所使用的各種配方的粉末原料都適用于本發(fā)明的模具來制造球型體，例如“90”、“95”、“99”瓷等，粉末原料無須加粘結(jié)劑，經(jīng)予造粒過30～100目篩子，裝入圖2所示的模具中并壓實、刮平，加入至少2粒以上定位球，“左”、“右”鏡像模合并，用食品行業(yè)通用的包裝方式，將鏡像軟模真空密封包裝，稱其為“干、濕”復(fù)合模(圖3)，放入現(xiàn)行使用的冷等靜壓裝置(CIP)中壓制成型，壓力為150～200MPa，介質(zhì)可以是油或水。除去真空包裝，打開鏡像模，素坯球成型完畢，其尺寸精度與模具制作精度和加入粉料量的準(zhǔn)確性有關(guān)。
出模后的素坯球裝于Al2O3陶瓷常用的燒結(jié)設(shè)備中，可以是空氣氛、氫氣氛、氣壓(氬)、熱等靜壓(100至200MPa的氬)。其燒結(jié)工藝參數(shù)為1600～2000℃，燒結(jié)時間視球坯尺寸大小及裝爐量而定1～20小時，出爐后的毛坯球其致密度可達理論密度的95％以上，典型的可達99.5％。
采用現(xiàn)行的鋼球磨加工裝置，將燒結(jié)好的硬質(zhì)合金球坯置于下磨盤的溝槽中，上盤加壓，壓力為0.1～1MPa，轉(zhuǎn)速為20～50轉(zhuǎn)/分，加入研磨料其硬度Hv≥2200，如BC4、BN、金剛石等，粒度100～1000目。拋光料可加入Cr2O3、Fe2O3、稀土氧化物，等超細粉，粒度≤100μm。磨削液為水基硬磨液，拋光液為水基軟磨液。加工好的球體精度大于G200級(圓度5μm，粗糙度0.15μm)，典型的可達G16級(圓度＜0.4μm，粗糙度＜0.025μm)。
本實施例制造的Al2O3陶瓷毛坯球可用于研磨介質(zhì)。
本實施例制造的G16～G60 Al2O3陶瓷球適用于圓珠筆芯。
本實施例制造的G16～G200 Al2O3陶瓷球適用于測量、閥門。
權(quán)利要求
1.一種粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，該方法包括以下工藝步驟首先制造成型球體的彈性軟模，其方法是先制做金屬母模，再澆注或熱壓翻制成彈性軟模，其次是將預(yù)制的粉末原料裝入模具，經(jīng)真空密封在等靜壓缸中壓制成素坯球，最后將素坯球經(jīng)高溫致密化處理及磨削加工，得到球形體產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的彈性軟模的制造方法是，采用兩塊同樣外形尺寸的金屬板并緊，按一定尺寸鉆若干個孔形成蜂窩狀，孔的大小按所要求制造的球經(jīng)大小而定，可大至設(shè)備所容許的尺寸，可小至現(xiàn)有鋼球的尺寸，孔的數(shù)量依孔大小和板的面積可無限多，分開并緊的兩塊互成鏡像的金屬板，用鋼球或硬質(zhì)合金球或陶瓷球鑲進金屬板圓孔中并露出半球，球與圓孔縫隙成緊密接觸，依次鑲滿兩塊金屬板，分別形成互成鏡像的左模和右模，并分別給左、右模做外圈以適合翻制彈性模具；采用上述方法制做的金屬模，作為母模，并翻制具有一定彈性的橡膠、塑膠模，同樣形成互成鏡像的左、右模。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的素坯球的制備方法是，將事先配制好的粉末體原料，裝入兩只互為鏡像的彈性軟模中并壓實、刮平，加入至少2粒以上定位球，左、右鏡像模合并，用食品行業(yè)通用的包裝方式，將鏡像軟模真空密封包裝，稱其為干、濕復(fù)合模，放入現(xiàn)行使用的冷等靜壓裝置中壓制成型，壓力一般為50～300MPa，除去真空包裝，打開鏡像模，出模，素坯球成型完畢。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的高溫致密化處理工藝為，出模后的素坯球裝于燒結(jié)設(shè)備中，視不同材質(zhì)、配方其燒結(jié)工藝參數(shù)為1000～2000℃，壓力為真空至200MPa，氣氛可以是真空、氬氣、氮氣或氫氣，燒結(jié)時間視球坯尺寸大小及裝爐量而定1～30小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的磨削加工工藝為，采用傳統(tǒng)的鋼球磨加工裝置，將燒結(jié)好的球坯置于下磨盤的溝槽中，上盤加壓，壓力為0～10MPa，轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/分～100轉(zhuǎn)/分，加入研磨料及拋光料進行處理，該研磨料及拋光料硬度Hv≥1500，加工的球體尺寸范圍0.5～47.63mm，圓度范圍0.08～5μm，表面粗糙度范圍0.010～0.150μm，精度等級達G3～G200。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的橡膠、塑膠模包括天然橡膠、氯丁橡膠、PVC塑料或聚胺酯模。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的研磨料包括SiC、Al2O3、BC4、立方BN或金剛石，粒度100～1000目。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的拋光料包括Cr2O3、Fe2O3、稀土氧化物或Al2O3超細粉，粒度≤100μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉末原料制造球形體的方法，其特征在于，所述的拋光料還包括H2O2或CrO3溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粉末原料制造球形體的方法，該方法包括以下工藝步驟首先制造成型球體的彈性軟模，其方法是先制做金屬母模，再澆注或熱壓翻制成彈性軟模，其次是將預(yù)制的粉末原料裝入模具，經(jīng)真空密封在等靜壓缸中壓制成素坯球，最后將素坯球經(jīng)高溫致密化處理及磨削加工，得到球形體產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可加工小球徑、高致密產(chǎn)品，且產(chǎn)品的球形好。
文檔編號B22F3/03GK1569365SQ03141769
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者張培志, 李莉, 何林慶 申請人:上海材料研究所