專利名稱：陶瓷滑動軸承及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種碳化硅陶瓷滑動軸承及其制造方法。
背景技術：
目前滑動軸承多采用淬火鋼與巴氏合金組對配合使用。在高溫或腐蝕的工況則使用氧化鋁或碳化硅等陶瓷材料。陶瓷材料具有硬度高，耐磨損的特點，但陶瓷材料的韌性較差，耐沖擊性能較差，易碎裂。
發明內容
為了解決陶瓷滑動軸承強度低，韌性差，易碎裂的問題。提供了一種強度、韌性及硬度均較高的陶瓷滑動軸承及其制造方法。其目的是這樣實現的一種陶瓷滑動軸承，它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加劑0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％。它的制造方法首先，采用球磨或攪拌的方法將碳化硅、碳化硼粉末等所有組分混合，而后用冷壓、冷等靜壓或注射成型等方法制成粉末坯，然后將粉末坯置于真空燒結爐中。先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗后，升溫燒結。升溫的速率為5～10℃，升溫到1750～2100℃后，保溫240～480分鐘。燒結在氬氣中進行。由于上述組分在燒結過程中形成了硅、鋁、硼、釔等的復合相，這種復合相具有硬度高、耐磨損和韌性好等特點，因此克服了現有陶瓷軸承強度低、韌性差、易碎裂的問題。
本發明還提供另一種陶瓷滑動軸承，它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加劑0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。它的制造方法首先，采用球磨或攪拌的方法將碳化硅、碳化硼粉末、添加劑以及石墨粉等所有組分混合，而后用冷壓、冷等靜壓或注射成型等方法制成粉末坯，然后將粉末坯置于真空燒結爐中。先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗后，升溫燒結。升溫的速率為5～10℃，升溫到1850～2150℃后，保溫240～480分鐘。燒結在氬氣中進行。本發明與現有技術相比具有如下優點1、耐磨性能提高。由于陶瓷軸承中加入了石墨，石墨做為潤滑劑使摩擦系數降低，從而使軸承的耐磨性能比目前所用技術制造的產品提高了30～50％，同時降低成本25～40％。2、韌性提高了30％左右，從而使軸承的抗沖擊性能提高。3、由于碳化硅陶瓷所具有的高溫性能，使軸承在高溫，特別是在無潤滑工況中使用的可靠性提高。
具體實施例方式
一它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加劑0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％。它的制造方法首先，采用球磨或攪拌的方法將碳化硅、碳化硼粉末等所有組分混合，而后用冷壓、冷等靜壓或注射成型等方法制成粉末坯，然后將粉末坯置于真空燒結爐中。先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗后，升溫燒結。升溫的速率為5～10℃，升溫到1750～2100℃后，保溫240～480分鐘。燒結在氬氣中進行。碳化硅和碳化硼的質量比為12∶1至12∶1.5。
具體實施例方式
二本實施方式與實施方式一的不同點是，它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼82％～90％、Al-Y系添加劑8％～15％、CeO2或La2O31.5％～3％，其它與實施方式一相同。
具體實施例方式
三本實施方式與實施方式一的不同點是，它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼91％～98％、Al-Y系添加劑0.5％～7.9％、CeO2或La2O30.5％～1.5％。其它與實施方式一相同。
具體實施例方式
四它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含84～90％，碳化硼粉末含6～7.5％，Al-Y添加劑為2～8％，CeO2或La2O3為0.5％。碳化硅粉末為β相占95％以上，粉末平均粒徑為0.5微米。碳化硼粉末的平均粒徑為1.0～3.5微米，純度大于96％。Al-Y添加劑分別為AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它們的平均粒徑為0.6～3.0微米，純度為95～99.9％。將上述粉末置于球磨機的尼龍罐中混合，加入適量的酒精作為混合助劑。球磨機的料球為碳化硼瓷球。上述粉末在球磨機中混合6～24小時后，在70～90℃的流動氮氣中烘干破碎，加入含量為1～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，再混合2～8小時后干燥破碎，過60～80目篩。進行冷等靜壓成型，成型壓力為250～350MPa。而后將上述壓坯置于真空燒結爐中。先抽成真空，用氬氣沖洗三次后進行燒結。燒結在流動的氬氣中進行，升溫速率為0.5～5℃/分鐘。在1870℃保溫240～480分鐘，得到燒結體的主要性能指標為密度3.05g/cm3；硬度HV2520；四點抗彎強度670MPa；斷裂韌性KIC6.6MPam1/2。較無壓燒結的碳化硅軸承件的耐磨性提高42％，從而使軸承件的使用壽命提高75％，成本降低21％。
具體實施例方式
五本實施方式與實施方式四的不同點是，它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含80～84％碳化硼粉末含10％～14％，Al-Y添加劑為2～4％，CeO2或La2O3為2％，得到燒結體的主要性能指標為密度3.02g/cm3；硬度HV2630；四點抗彎強度620MPa；斷裂韌性KIC6.1MPam1/2。較無壓燒結的碳化硅軸承件的耐磨性提高47％，從而使軸承件的使用壽命提高80％，成本降低19％。其它與實施方式四相同。
具體實施例方式
六它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加劑0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。它的制造方法首先，采用球磨或攪拌的方法將碳化硅、碳化硼粉末、添加劑以及石墨粉等所有組分混合，而后用冷壓、冷等靜壓或注射成型等方法制成粉末坯，然后將粉坯置于真空燒結爐中。先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗后，升溫燒結。升溫的速率為5～10℃，升溫到1850～2150℃后，保溫240～480分鐘。燒結在氬氣中進行。
具體實施例方式
七它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含67～72％，碳化硼粉末含5.5～6.0％，Al-Y添加劑為10～12％，CeO2或La2O3為3％，石墨粉為8～12％。碳化硅粉末為β相占95％以上，粉末平均粒徑為0.5微米。碳化硼粉末的平均粒徑為1.0～3.5微米，純度大于96％。Al-Y添加劑分別為AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它們的平均粒徑為0.6～3.0微米，純度為95～99.9％。石墨粉的平均粒度為20～100μm，純度大于99％。將上述粉末置于球磨機的尼龍罐中混合，加入適量的酒精作為混合助劑。球磨機的料球為碳化硼瓷球。上述粉末在球磨機中混合6～24小時后，在70～90℃的流動氮氣中烘干破碎，加入質量分數為1～10％的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，再混合2～8小時后干燥破碎，過60～80目篩。進行冷等靜壓成型，成型壓力為300～350MPa。而后將上述壓坯置于真空燒結爐中。先抽成真空，用氬氣沖洗三次后進行燒結。燒結在流動的氬氣中進行，氬氣流量為15升/分鐘。升溫速率為0.5～5℃/分鐘。在1970℃保溫240～480分鐘，得到燒結體的主要性能指標為密度2.85g/cm3；硬度HV2240；四點抗彎強度420MPa；斷裂韌性KIC42MPam1/2。與無壓燒結的碳化硅軸承件組對，其摩擦系數降低26％，從而使軸承組件的耐磨性提高120％，整套軸承的制造成本降低42％。
具體實施例方式
八本實施方式與實施方式七的不同點是，它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含70～72％，碳化硼粉末含6.5～7％，Al-Y添加劑為12～15％，CeO2或La2O3為0.5％，石墨粉為8～9％，得到燒結體的主要性能指標為密度2.90g/cm3；硬度HV2320；四點抗彎強度450MPa；斷裂韌性KIC4.4MPam1/2。與無壓燒結的碳化硅軸承件組對，其摩擦系數降低22％，從而使軸承組件的耐磨性提高97％，整套軸承的制造成本降低39％。其它與實施方式七相同。
權利要求
1.一種陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加劑0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％。
2.根據權利要求1所述的陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼82％～90％、Al-Y系添加劑8％～15％、CeO2或La2O31.5％～3％，碳化硅和碳化硼的質量比為12∶1至12∶1.5。
3.根據權利要求1所述的陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼91％～98％、Al-Y系添加劑0.5％～7.9％、CeO2或La2O30.5％～1.5％。
4.根據權利要求1所述的陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含84～90％，碳化硼粉末含6～7.5％，Al-Y添加劑為2～8％，CeO2或La2O3為0.5％。
5.根據權利要求1所述的陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含80～84％碳化硼粉末含10％～14％，Al-Y添加劑為2～4％，CeO2或La2O3為2％。
6.一種陶瓷滑動軸承的制造方法，其特征是首先采用球磨或攪拌的方法將碳化硅、碳化硼粉末等所有組分混合，而后用冷壓、冷等靜壓或注射成型等方法制成粉末坯，然后將粉末坯置于真空燒結爐中，先將真空爐抽成真空，再用氬氣沖洗后，升溫燒結，升溫的速率為5～10℃，升溫到1750～2100℃后，保溫240～480分鐘，燒結在氬氣中進行。
7.一種陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加劑0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。
8.根據權利要求7所述的陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含67～72％碳化硼粉末含5.5～6.0％，Al-Y添加劑為10～12％，CeO2或La2O3為3％，石墨粉為8～12％。
9.根據權利要求7所述的陶瓷滑動軸承，其特征是它的制造原料由下列質量百分比的組分組成碳化硅粉末含70～72％碳化硼粉末含6.5～7％，Al-Y添加劑為12～15％，CeO2或La2O3為0.5％，石墨粉為8～9％。
10.根據權利要求1或7所述的陶瓷滑動軸承，其特征是Al-Y添加劑分別為AlN或Al2O3和Y2O3粉末。
全文摘要
本發明公開一種碳化硅陶瓷滑動軸承及其制造方法。它的制造原料是由下列質量百分比的組分組成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al－Y系添加劑0.5％～15％、CeO
文檔編號C04B35/64GK1552668SQ200310107760
公開日2004年12月8日 申請日期2003年12月19日 優先權日2003年12月19日
發明者李文輝, 李文新 申請人:李文輝, 李文新