[发明专利]一种表硬心韧高性能Si3N4梯度陶瓷球材料的制备方法

说明书

本发明是一种表硬心韧高性能Si₃N₄梯度陶瓷球材料的制备方法。本发明以Si₃N₄粉为基体原料，心部以β‑Si₃N₄晶种和Al₂O₃‑Re₂O₃为烧结助剂，表层以AlN和Al₂O₃‑Re₂O₃为烧结助剂，Si₃N₄、β‑Si₃N₄晶种和Al₂O₃‑Re₂O₃及Si₃N₄、AlN和Al₂O₃‑Re₂O₃分别按质量分数比经混料、干燥后得到心部为Si₃N₄‑β‑Si₃N₄晶种‑Al₂O₃‑Re₂O₃、表层为Si₃N₄‑AlN‑Al₂O₃‑Re₂O₃的混合粉体；将混合粉体通过成型设备获得梯度球坯体，梯度球坯体通过气压烧结获得表硬心韧高性能Si₃N₄梯度陶瓷球材料。本发明所制备的材料的相对密度高于96％，心部硬度为10～20GPa，断裂韧性为6～14MPa·m^1/2；外部硬度为15～25GPa，断裂韧性为3～10MPa·m^1/2；本发明制备的材料具有更优异的力学性能，具有表硬心韧的高性能。

技术领域

本发明涉及非氧化物基陶瓷材料领域，具体公开了一种高性能Si₃N₄梯度陶瓷球材料的制备方法。

背景技术

高速、精密、高承载力、高可靠性的高性能轴承产品是高端数控机床、高速列车、风力发电等重大装备的关键基础件。轴承球是轴承产品的核心零件，其失效是制约高性能轴承发展的瓶颈问题之一。氮化硅轴承球相对于传统滚动轴承用的钢球，具有低密度、耐高温、高刚性、高硬度、低热膨胀系数、自润滑性、非灾难性破坏、无磁性等优异性能。轴承球采用烧结的 Si₃N₄陶瓷材料可以改善克服缺点，但通常传统烧结的Si₃N₄陶瓷材料不能实现表硬心韧的力学性能，不能满足高性能轴承产品的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种高性能Si₃N₄梯度陶瓷球材料的制备方法。本发明制备的Si₃N₄梯度陶瓷球材料具有更优异的力学性能，具有表硬心韧的高性能，且能显著提高Si₃N₄陶瓷球的抗疲劳性能和使用寿命。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种制备表硬心韧高性能Si₃N₄梯度陶瓷球的方法，包括如下步骤：