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 .

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。

添加过渡金属化合物对氮化硅显微组织的影响

由于较高的综合力学性能,氮化硅陶瓷球得到广泛的工程应用,但是极端工况下依然存在明显失效开裂现象。在一般氧化物烧结助剂的基础上添加少量过渡金属化合物能起到优化材料设计和进一步提高性能的作用,但是相关作用机理还未有明确探知。在添加Al_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)烧结助剂基础上,分别添加TiN、Fe_(3)Si和WC等过渡金属化合物,并采用热等静压烧结方法制备了氮化硅陶瓷轴承球。采用X射线衍射检测其物相组成,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究其组织结构特点,并使用纳米压痕法对其力学性能进行了研究。结果表明,添加Ti N可有效抑制烧结过程中有害物相Si_(2)N_(2)O的生成;添加TiN和WC有利于烧结过程Al和O向氮化硅基体中扩散,形成了Sialon相;添加Fe_(3)Si则不具有上述作用;添加TiN可获得晶粒尺寸细小均匀的β-Si_(3)N_(4)组织;添加Fe3Si会生成粗大β-Si_(3)N_(4)晶粒相互穿插桥接且其空隙填充细小β-Si_(3)N_(4)晶粒的烧结组织;添加WC则生成粗细晶共存的非均匀组织。与添加Fe3Si和WC相比,添加TiN的氮化硅陶瓷球具有更高的硬度和更大的弹性模量等更好的力学性能。