[发明专利]稀土陶瓷轴承元件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种改进的陶瓷轴承，具体说，涉及一种以非氧化物陶瓷材料或氧化物陶瓷材料为基料，同时含有稀土的滚动轴承元件及其制造方法。

随着现代技术发展，使用滚动轴承的环境及条件都较以苛前刻，一般高碳铬轴承钢制的滚动轴承已经不能满足要求，许多领域都需要在500℃以上的高温环境中，具有耐磨损、抗冲击、韧性好、耐腐蚀、抗氧化、润滑性能好的轴承。陶瓷轴承的出现对轴承业来说是很大的技术进步，陶瓷材料比重小，耐高温、耐腐蚀、具有良好的力学性能及使用性能，是一种很有发展前途的轴承。

EP-O320951公开了一种用于涡轮增压器的陶瓷滚动轴承，其内、外圈用钢制成，滚珠由陶瓷材料制成。其陶瓷材料包括氮化硅、碳化硅及铝氧粉。

EP-O158901公开了一种滚动支撑元件，该元件也由陶瓷材料制成，为改进其烧结性能，在陶瓷材料中添加了包括钇在内的稀土化合物。

CN-85100177A公开了一种以氮化硅为基料制作陶瓷刀具材料的方法，该方法在氮化硅粉料中除加入少量的氧化钇或其他稀土氧化物外还加入氧化铝、氧化镁、氧化锆等氧化物，为阻止晶粒过分发展及促进致密化作用，还加入少量氮化铝。其烧结方法包括无压烧结，热压或高温等静压烧结。

在现有技术中，由于各种粉料在混合前都需达到极细的粒度，此时粉料颗粒间的亲合性极大。严重影响粉料混合的均匀性，从而导致烧结材料的结构性能不均匀性。通过实践发明人还认识到如何选择使用控制烧结剂对烧结过程中控制晶粒的过分长大有很重要的影响。

本发明的目的在于提供一种改进了的稀土陶瓷轴承元件及其制作方法，它以氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆，Sialon等非氧化物陶瓷材料或氧化物陶瓷材料为基通过选用合适的添加剂并对各种粉粒分别进行磁化预处理，达到提高该陶瓷轴承材料的烧结均匀性及致密化度从而改进陶瓷轴承元件的力学性能的目的。

具体说来，本发明涉及一种稀土陶瓷轴承元件及其制作方法。它以一种氧化物或非氧化物的陶瓷原料为主晶相体，以碳化钛作为耐磨分散相，以氧化钇、氧化锰等为致密化剂，选用氮化钛为控制烧结剂，它与碳化钛相配合，有助于控制晶粒的生长;各种粉料在混合之前，先分别进行磁化预处理，防止粉末颗粒间的凝聚抱团。然后再进行混磨烘干造粒、成型。

本发明所采用的陶瓷材料，它包括各种非氧化物陶瓷材料及氧化物陶瓷材料例如氮化硅、碳化硅、氧化锆、氧化铝、Sialon等，作为控制烧结剂的氮化钛，其用量为0.1-15%（重量百分比），它可有效地阻止碳化钛晶粒的过分长大，从而获得较高的韧性，增加基体的抗热振性。

本发明对各种原料的要求如下：氮化硅粉末α相大于80%，纯度大于95%，平均粒径在0.1-2.2μ以内;氮化钛、碳化钛粉末的纯度应大于98%，平均粒径在0.1-3.0μ以内;稀土氧化物及三氧化二铝、氧化锆、氧化镁、氮化铝粉末纯度大于98%，平均粒径在0.1-2.0μ以内。

在混料前，将上述各种粉末分别通过2，000-12，000高斯的强磁场进行预处理，处理后的粉末出现极化现象，使同质粉末间产生排斥力，增加粉末的散度，防止其凝聚抱团，从而有助于与异种粉末充分均匀混合，提高烧结体的致密度，材质的均匀性、减少气孔率。

一定量的锰的氧化物或氮化物的加入，能够明显加速氮化过程，减少烧结助剂的数量，提交烧成后基体的密度、抗氧化能力及高温下的机械强度，该组份的添加量为1-10%（重量百分比）。

氧化钇、氧化硒、氧化钙、氧化铝、氧化锆、氧化镁等氧化物及氮化铝的加入都可促进烧结体的致密化，改善晶界的性能，其添加量为1-20%（重量百分比）。其最佳添加量为1-10%（重量比）。

本发明所采用稀土类致密化烧结剂是用下述方法配制的：用甲醇为溶剂，将稀土氧化物如氧化钇、氧化铈、氧化镧、氧化硒等溶于其中。甲醇的主要作用是：（1）溶解稀土氧化物，使之在混料过程中能均匀地混合到粉体中，充分发挥致密催化作用;（2）在高温下分解产生的氢气有助于氮化过程的加快，这是因为氢气与硅表面的二氧化硅反应，使之还原，除去二氧化硅，使硅更容易氮化;（3）在高温下产生的一氧化碳气体可有效地吸收烧结体中残留氧，转化为二氧化碳，可防止氮化硅的分解及氧化。溶液中，稀土氧化物的重量含量为3-6%。在粉料混合时，溶液的添加量为30-50%（重量百分比）。该溶液可在粉料混合及烧结中单独添加，也可在该二个步骤中同时添加。

本发明的陶瓷轴承元件的制备顺序如下：将上述各种粉料经研磨并磁化处理后按一定比例含有稀土氧化物的甲醇溶液进行混磨、烘干、造粒、再将其装入石墨模具中进行成型烧结。