轴承用氮化硅球的制造方法

通过对氮化硅和轴承钢两种材料性能的比较,并根据氮化硅材料的优良特性,制定出氮化硅球制造的方法。

氮化硅球体生产内螺纹铜管的方法研究

文章介绍了采用陶瓷球替代钢球进行内螺纹铜管成型的方法研究,指出在铜管生产过程中寻求更高精度、高耐磨性以及高性价比的球形材料是必然之选。

氮化硅陶瓷球制备技术的研究进展

氮化硅(Si_(3)N_(4))陶瓷被称为理想的“轴承材料”,由该材料制备的氮化硅陶瓷轴承球可提高轴承的性能,现已广泛应用于各种高精度高转速机床、地铁、航天发动机和石油化工机械等领域。介绍了氮化硅陶瓷球的发展历程,简述了氮化硅陶瓷球国内外的现状,并从原料、成型、烧结和加工四个方面论述氮化硅陶瓷球的制备技术。

研磨盘运动特性对氮化硅陶瓷球成形影响性分析

为提高氮化硅陶瓷球加工精度,提出研磨盘偏摆运动可控的新型锥形柔性支承研磨方式,探究柔性支承研磨方式下陶瓷球成形机理。基于新型研磨方式建立仿真模型,深入分析研磨盘偏摆运动对于氮化硅陶瓷球研磨轨迹与受力状态影响。在搭建的新型锥形柔性支承研磨平台上进行正交实验,进一步分析研磨盘运动特性对球体成形的影响。仿真与实验结果表明:在柔性支承研磨方式下,随着研磨盘偏摆角增大,球体轨迹均匀性标准差从43.58降至35.49,最大接触力提升至初始值的4倍,陶瓷球平均球直径变动量从1.466μm增至2.382μm,批直径变动量从4.98μm增至10.27μm。研磨盘偏摆运动有利于优化研磨轨迹,但增大了球体受力的不均匀性,不利于改善氮化硅陶瓷球平均球直径变动量与批直径变动量,在实际加工过程中,研磨盘偏摆角需控制在0.02°以内。

氮化硅陶瓷球高效研磨加工工艺试验

氮化硅陶瓷球的高效研磨加工至关重要,在分析陶瓷球加工原理、加工方法及存在问题的基础上,以?4.762 5 mm氮化硅陶瓷球为试验对象,分析采用金刚石砂轮加工与传统V形槽研磨方法的差异。结果表明:采用金刚石砂轮进行陶瓷球粗磨工序加工能够大幅缩短加工时间,提高加工效率,降低劳动强度;能够消除传统V形槽研磨方法中易出现的顶窝、环带和碎球等缺陷;但金刚石砂轮加工出的陶瓷球直径变动量、批直径变动量及球形误差较大,为保证后续加工应适当加大留量。

氮化硅轴承球超低温承载特性试验研究

轴承球的超低温承载特性是其在超低温环境下应用和超低温轴承匹配设计的关键 .模拟轴承零件配副 ,采用两球对压检测其破碎载荷的方法研究了氮化硅 (Si3 N4 )球和 9Cr18钢球在液氮温度下承受静载荷的特性 .结果表明Si3 N4 球在超低温下破碎时的名义接触应力在 2 7～ 2 9GPa ,足够满足滚动轴承应用的需要 .并且同 9Cr18钢球一样 ,Si3 N4 球超低温下承载能力要高于常温承载能力 .以Si3 N4 球和 9Cr18钢球配对承载时 ,虽然Si3 N4 球无明显塑性变形而 9Cr18钢球有较大屈服 ,Si3 N4 球承载能力仍远大于 9Cr18钢球 ,在设计以Si3 N4 球和 9Cr18套圈组成的混合式陶瓷轴承时应考虑对套圈采用适当的表面强化处理 .

氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究

为掌握不同研磨条件下氮化硅(S i3N4)陶瓷球表面的磨损形式,在球-盘式磨损实验装置上,采用不同载荷及磨料粒度和浓度的碳化硼(B4C)磨料进行了磨损实验.通过显微镜观察陶瓷球表面确定其磨损形式,并绘制了磨损形式与载荷及磨料浓度的关系图.研究发现磨损形式与磨粒粒径关系不大;载荷较大或磨粒浓度较低时氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.建立了磨损"接触刚度"理论公式,计算确定了实验条件下氮化硅陶瓷球磨损形式的转换点数值为20."接触刚度"小于20时,氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.由此可预测不同研磨条件下氮化硅陶瓷球的磨损形式.

氮化硅陶瓷球化学机械抛光机理的研究

为探究氮化硅陶瓷球化学机械抛光过程及磨料与工件材料的相互作用规律,选用四种不同的磨料对氮化硅陶瓷球进行了抛光实验。通过对抛光后表面粗糙度的检测,讨论了不同种类磨料对工件表面粗糙度的影响。利用SEM观测工件表面形貌,探讨了不同磨料对工件的材料去除方式。采用X射线衍射技术分析了水基CeO2磨料抛光氮化硅陶瓷球后工件表面的化学反应生成物,对化学机械抛光的热力学分析进行了验证,分析了其化学机械作用过程。结果表明,CeO2是抛光氮化硅陶瓷球非常有效的一种磨料,利用水基CeO2抛光液对氮化硅陶瓷球进行化学机械抛光,获得了表面粗糙度Ra为4nm的光滑表面。

氮化硅陶瓷球研磨抛光技术研究进展

氮化硅陶瓷球是重大装备中轴承的关键基础元件,球体的超精密研磨抛光质量是影响轴承性能与寿命的重要因素.本文从加工方法的角度,总结了陶瓷球研磨抛光技术的研究进展,对不同的陶瓷球超精密复合抛光方法进行了比较分析,并提出了一种新型抛光方法,即集群磁流变抛光陶瓷球的方法.该方法初步测试显示,经3 h的抛光,氮化硅陶瓷球的表面粗糙度Ra由50 nm下降到5 nm,球度达到0.11～0.22μm.

氮化硅陶瓷球双平面抛光技术

为了获得氮化硅陶瓷球超光滑表面,提出了一种新的球体双平面抛光方法,通过球体在上下软质盘面之间不断的自旋和滚动实现球面的抛光,从而减小传统铸铁磨盘抛光方法对陶瓷球表面造成的机械损伤。通过试验研究了抛光速度、抛光压力和水基CeO2抛光液浓度对氮化硅陶瓷球表面粗糙度Ra和球形误差ΔRSW的影响,并给出了优选的抛光工艺参数。

烧结温度对氮化硅陶瓷球性能的影响

通过气氛压力烧结制备氮化硅陶瓷球,分析烧结温度对氮化硅陶瓷球密度、压碎载荷比、孔隙度、硬度和断裂韧性的影响。试验结果表明:氮化硅陶瓷球最佳烧结温度为1 740℃左右,这样可以保证各项指标处于最优状态。

原材料粉末对氮化硅陶瓷球性能的影响

分别采用国产和进口氮化硅原材料粉末制备不同规格的氮化硅陶瓷球,研究原材料粉末对氮化硅陶瓷材料力学性能、烧结致密化、组织结构和陶瓷球表面质量的影响。结果表明:随着氮化硅陶瓷球尺寸增大,原材料粉末对陶瓷球质量影响增大;对于大尺寸陶瓷球,使用进口原材料粉末能明显提高材料的力学性能、组织均匀性,能够促进烧结致密化,提高陶瓷球表面质量。

溶胶-凝胶法制备氮化硅陶瓷微球

氮化硅陶瓷是一种性能优良的高温结构陶瓷,其陶瓷微球有广泛的工业应用前景,本研究以锆溶胶为凝胶剂,纳米硅粉为硅源,利用内凝胶法制备了氮化硅陶瓷微球。在制备氮化硅凝胶球过程中,锆溶胶充当凝胶剂。在烧结过程中,氧化锆能够促进氮化硅陶瓷微球致密化。探究了胶液配方中ZrO^(2+)和HNO_(3)浓度对胶液稳定性的影响;洗涤工艺对氮化反应的影响;烧结温度对凝胶球氮化率的影响。在氮化温度为1450℃、氮化时间为4 h的烧结工艺下制备得到了氮化率达80%的氮化硅陶瓷微球。

氮化硅陶瓷球研磨去除机制试验与仿真研究

为研究研磨过程中氮化硅陶瓷球的材料去除形式及磨损行为,结合陶瓷材料动态压痕断裂力学理论,进行陶瓷球研磨加工试验,采用超景深三维显微镜和扫描电镜对研磨后陶瓷球表面进行观察,同时建立单颗金刚石磨粒冲击作用有限元模型并进行仿真研究。试验结果表明:氮化硅陶瓷球表面材料去除以脆性断裂去除和粉末化去除为主,陶瓷球表面残留有大量贝壳状缺陷和呈簇状随机分布的粉末化材料区域;研磨过程中,陶瓷球表面存在擦伤、划伤和凹坑等缺陷;磨粒冲击作用时,表面材料会受微切削作用产生破碎去除,同时也会受挤压作用产生脆性断裂去除,当磨粒以滚动方式作用在陶瓷球表面时,陶瓷球表面更容易形成粉末化去除,且材料去除率更高。仿真结果表明:各磨粒冲击作用方式产生的最大等效应力由大到小的顺序为滚动磨粒变切深、滚动磨粒定切深、磨粒挤压、滑动磨粒定切深,其中,滚动磨粒变切深产生的亚表面裂纹最深。

MgO-Y_(2)O_(3)复合烧结助剂对氮化硅轴承球致密化的影响

以α-Si_(3)N_(4)含量≥93.1%的氮化硅粉体为原材料,MgO-Y_(2)O_(3)作为复合烧结助剂,在常压条件下进行氮化硅轴承球烧结,研究了MgO-Y_(2)O_(3)复合烧结助剂对氮化硅轴承球微观结构、相变过程和致密化过程的影响。结果表明:MgO-Y_(2)O_(3)烧结助剂对氮化硅轴承球烧结,由于Y2(Si3O3N4)的产生,在1550℃前,α-Si_(3)N_(4)转换β-Si_(3)N_(4)的相转化速率较慢;当温度高于1550℃时,α-Si_(3)N_(4)转换β-Si_(3)N_(4)的相转化速率开始增加;当温度高于1650℃时,相转化速率最高。MgO-Y_(2)O_(3)烧结助剂体系中,MgO含量不可过多也不可过少,否则都会影响烧结出的氮化硅轴承球的致密性。当烧结助剂配比为5%MgO和5%Y_(2)O_(3)时,可得到表面形貌优良并具有高致密度的氮化硅轴承球。

氮化硅陶瓷中压注塑成型技术(MPIM)研究及进展

首次采用中压注塑成型技术(MPIM)制得性能优良的氮化硅轴承球。研究了粘结剂配方、注塑成型、低缺陷排胶、气氛压力烧结等工艺参数对氮化硅轴承球致密度、力学性能、表面与微观形貌的影响。结果表明,喂料固含量55.51%、注塑速率5 cm/s、注塑温度90℃、注塑实际压力75 bar、超临界CO2萃取+热脱脂两步法排胶等工艺过程有效控制了氮化硅坯体的缺陷,制得了生坯致密度58.7%、烧结密度3.26 g/cm3、烧结致密度99.4%、抗弯强度843 MPa、无缺陷的氮化硅轴承球。MPIM是未来注塑成型技术发展的重点方向,具有广泛的应用前景。

Si_(3)N_(4)陶瓷球研磨轨迹分析及其对表面质量的影响机制

目的明确在相同的研磨液配比、磨料类型,不同的研磨盘转速、研磨装置施加的载荷、磨粒粒径下,陶瓷球研磨轨迹对陶瓷球表面质量的影响,确定锥形研磨法加工的氮化硅陶瓷球的最优研磨参数,提高陶瓷球的表面质量。方法首先建立研磨盘和氮化硅陶瓷球的相对运动模型,利用MATLAB模拟不同研磨参数的下氮化硅陶瓷球的研磨轨迹,分析得到研磨参数和研磨轨迹的变化关系;再利用锥形研磨装置进行单因素实验验证,参与实验的3个变量设定为磨粒型号(粒径)、研磨盘转速和研磨装置施加载荷,将实验结果取样,通过粗糙度仪测量球体的表面粗糙度,用扫描电镜和超景深三维显微镜检测研磨后的陶瓷球表面形貌,结合仿真分析和实验结果探究研磨参数对加工后表面质量的影响。结果将不同仿真轨迹下得到的研磨参数变化规律与实验结果相结合,得到了最佳的研磨参数,即研磨盘转速为50 r/min,施加的载荷为1.30 N,磨粒类型为W7。在此条件下得到的陶瓷球表面的粗糙度为0.0096μm,基本能达到实际生产中对G3级精度全陶瓷球的质量要求。结论陶瓷球的表面质量受到研磨盘转速、研磨装置施加载荷及磨粒粒径的影响较大,由仿真分析和实验结合可知,在研磨过程中随着磨粒粒径的减小,以及研磨盘转速和载荷的下降,陶瓷球的研磨轨迹趋于稀疏,表面粗糙度Ra呈下降趋势。研磨氮化硅陶瓷球时取粒径较小的磨粒,以较低的研磨盘转速和较小的研磨装置施加载荷有利于提高其表面质量。此研究成果对提高陶瓷球的表面质量具有重要的指导意义。

Si3N4球表面DLC膜在干摩擦条件下的摩擦学性能分析

采用非平衡磁控溅射技术在Si3N4球及高速钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。采用UMT-II型球盘式摩擦磨损试验机分别考察了Si3N4球、镀DLC膜Si3N4球及GCr15球的摩擦学性能,并分析了不同滑动速度和载荷下Si3N4球表面DLC膜的摩擦学性能。研究结果表明:Si3N4球的摩擦系数及磨损率约为GCr15球的一半,但因Si3N4球脆性较大,在摩擦过程中摩擦接触表面容易剥落;Si3N4球表面镀DLC膜能有效地改善Si3N4球脆性大的弱点,并具有良好的减摩作用;Si3N4球表面DLC膜所组成摩擦副的平均摩擦系数随着载荷的增加而增大;随着速度的增加摩擦副的摩擦系数先增大而后减小,滑动速度对摩擦副摩擦系数的影响比载荷明显。实验结果表明Si3N4球表面镀DLC膜适合于高速轻载的工况。

Si_3N_4陶瓷球与GCr15钢球接触疲劳对比试验分析

对高品质Si3 N4陶瓷球和GCr15钢球在同等接触应力条件下进行接触疲劳对比试验。试验结果表明 ,陶瓷球接触疲劳寿命优于GCr15钢球 ,且疲劳寿命离散性与GCr15钢球接近 ,但承载能力不如GCr15钢球。附图 9幅 ,表 2个。

陶瓷球超声振动研磨装置的研究

为提高陶瓷球研磨加工效率，提出了一种新的研磨方法，即超声振动研磨法，与传统研磨法相比具有较高的效率，阐述了陶瓷球超声振动研磨装置的设计机理。