[发明专利]一种航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制备方法

说明书

本发明提供了一种航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制备方法，属于氮化硅陶瓷球制造技术领域。本发明以金属有机盐(异丙醇铝和金属醋酸盐)作为烧结助剂的前驱体，通过水解、喷雾干燥和煅烧工艺，能够使烧结助剂包覆在氮化硅表面，实现烧结助剂在氮化硅中的均匀分散，从而避免因烧结助剂的团聚和偏析而导致陶瓷球可靠性及疲劳寿命的下降。实施例的结果表明，本发明所述方法制备的氮化硅陶瓷球致密度达到了99.9％以上，维氏硬度(HV10)大于1500，压碎载荷比大于45％，韦布尔模数大于15，滚动接触疲劳寿命(RCF)在400h以上，特别适合用来制造航空轴承用滚动元件。

技术领域

本发明涉及氮化硅陶瓷球制造技术领域，尤其涉及一种航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制备方法。

背景技术

航空轴承是航空发动机的关键核心部件之一，需要应对航空领域高速、高温、大机动、大过载、贫油润滑等极端苛刻的环境和工况条件。航空轴承的性能和质量直接影响航空发动机的使用寿命和可靠性，也是影响飞机装备战斗力的主要因素之一。

氮化硅陶瓷具有比重轻、刚度大、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、自润滑和电绝缘等特点，综合性能优异，是用来制造航空轴承用滚动体的首选材料。目前以氮化硅陶瓷球为滚动体，M50轴承钢为套圈的混合陶瓷球轴承在美国已经作为航空发动机的主轴轴承被使用。然而，在国内航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制造技术仍是一项制约航空发动机发展的“卡脖子”技术。

氮化硅陶瓷球的烧结属于液相烧结，需要加入一定量的烧结助剂来实现烧结致密化。烧结助剂粉末和氮化硅粉末通常采用机械球磨的方式混合，这种方式虽然操作简单但很难实现氮化硅粉末和烧结助剂粉末的均匀混合，使得混合粉体中存在烧结助剂的团聚现象。团聚的烧结助剂在烧结过程中产生偏析，导致制备的陶瓷球出现“白点”、“雪花”等缺陷，这些缺陷会成为陶瓷球服役过程中剥落产生的源头。因此，烧结助剂的团聚和偏析不仅降低了氮化硅陶瓷球的强度、硬度等力学性能，还严重影响了陶瓷球的可靠性和疲劳寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制备方法，实现烧结助剂在氮化硅中均匀分散，制备的氮化硅陶瓷球可靠性高、疲劳寿命长。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种航空轴承用高可靠性长寿命氮化硅陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：

将异丙醇铝、有机溶剂、氮化硅粉和金属醋酸盐水溶液混合，依次进行水解和第一喷雾干燥，得到混合粉体；

将所述混合粉体进行煅烧，得到烧结助剂包覆氮化硅粉；

将所述烧结助剂包覆氮化硅粉研磨后与粘结剂混合，进行第二喷雾干燥，得到造粒粉；

将所述造粒粉依次进行成型、排胶和烧结，得到氮化硅陶瓷球。

优选的，所述氮化硅粉的粒径D₅₀为0.5～1.5μm，α-Si₃N₄含量＞85％，氧含量＜2％。

优选的，所述金属醋酸盐水溶液中的金属醋酸盐包括醋酸钇、醋酸镁、醋酸镧、醋酸钕和醋酸镥中的一种或几种。

优选的，以产生氧化铝的量计，所述异丙醇铝的加入量为所述烧结助剂包覆氮化硅粉总质量的2～8％；以产生金属氧化物的量计，所述金属醋酸盐的加入量为所述烧结助剂包覆氮化硅粉总质量的2～8％；所述氮化硅粉的加入量为所述烧结助剂包覆氮化硅粉总质量的85～95％。

优选的，所述有机溶剂为无水乙醇和/或异丙醇。

优选的，所述煅烧的温度为400～600℃，时间为1～10h。

优选的，所述第二喷雾干燥所用料浆的固含量为40～50％。