图4为本实验制备的多孔氮化硅陶瓷材料的弯曲强度和介电常数与材料气孔率的变化曲线。从图4中可以明显看出多孔氮化硅陶瓷材料的气孔率对其弯曲强度和介电常数具有明显的影响, 材料弯曲强度和介电常数随气孔率的增加都呈明显下降的变化趋势。这说明对于多孔氮化硅陶瓷材料, 提高强度与降低介电常数是一对相互矛盾的性能指标。
图4 材料气孔率对强度、介电常数的影响 F ig. 4 Effect of porosity on the bending
strength and die lectric constant
3.1.2.5结论
( 1)采用Y2O3 作为烧结助剂对于氮化硅陶瓷的烧结活性具有最大的促进作用, Lu2O3 次之, 而A l2O3 的促进作用最差;
( 2)采用凝胶注模成型和高纯氮气气氛保护烧结的工艺, 成功地制备了具有较高强度和较高气孔率的多孔氮化硅陶瓷。通过调节烧结助剂种类、用量和控制烧结温度, 可以制备气孔率35~ 60%、弯曲强度35~150MPa、介电常数2. 5~ 4. 0、介电损耗> 5@1023的氮化硅多孔陶瓷材料;
( 3)显微分析显示多孔氮化硅陶瓷孔隙是由棒状B2Si3N4 晶粒搭接而成的通孔
结构, B2Si3N4 棒状晶粒搭接结构是使材料具有较好力学性能的重要因素。
3.2 氮化硅陶瓷轴承球的制备工艺及机理
3.2.1制备轴承球的机理
轴承零件用氮化硅粉末要求具有下列重要特性：（1）纯度高；（2）高均匀而细的
颗粒；（3）a相含量高，所以制取氮化硅粉末较适宜的方法属碳热还原氮化法，即采用高纯度细二氧化硅粉，将其与作为还原剂的碳粉混合，氮气氛1350~1480℃还原氮化,反应式为：2SiO2 + 6C + 2N2 Si3N4 + 6CO ,将反应得到的氮化硅粉末在氧化性气氛中600～700℃下热处理除碳，得到的粉末含金属杂质较少，纯度高，颗粒细，α相含量高。 3.2.2 轴承球的制备工艺 3.2.2．1 成形加工
目前在轴承零件生产中, 单一烧结(无压烧结) 容易形成致密材料, 但通常有残留孔隙, 从而导致抗滚动接触疲劳性能差。热等静压法(H IP)被认为是最佳工艺, 能形成100﹪ 致密的材料。 3.2.2.2精加工
氮化硅球的精研和抛光工艺与钢球的基本相似。但由于氮化硅的硬度高(HV 5 = 1 600kg?m m 2) , 用钢球研磨机难以研磨氮化硅球, 因此只能采用金刚石研磨, 加工成本相当高, 研磨时间长, 加工困难且工艺性非常差。
图1 氮化硅陶瓷轴承球制备工艺流程
3.2.2.2.1新的研磨法
只要在研磨盘上稍加改造, 就能达到控制球的自旋回转(回转滑动) 要求。将整体V 形槽分解成外侧研盘B 和内侧研盘C, 使A 、B 、C三个研磨盘能各自独立旋转。将一个V 形槽研磨盘分成两体后, 怎样才能任意改变自旋轴角度呢?可参照图4 加以说明。球夹在以转速XA 旋转的下平面形研磨盘A 和以转速XB 旋转的上外侧研磨盘B 以及以转速XC 旋转的上内侧研磨盘C 中滚动。研磨盘B 、C 的斜面与垂直方向的夹角分别为A、B。R A、
R B、R C 分别是
半径为r 的球与各研磨盘接触点至研磨盘回转中心的距离。假定球以自旋轴角度H作滚动, H可由下式 求
出
:
3.2.2.2.2新的研磨装置