专利名称：陶瓷滑动轴承及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种碳化硅陶瓷滑动轴承及其制造方法。
背景技术：
目前滑动轴承多采用淬火钢与巴氏合金组对配合使用。在高温或腐蚀的工况则使用氧化铝或碳化硅等陶瓷材料。陶瓷材料具有硬度高，耐磨损的特点，但陶瓷材料的韧性较差，耐冲击性能较差，易碎裂。
发明内容
为了解决陶瓷滑动轴承强度低，韧性差，易碎裂的问题。提供了一种强度、韧性及硬度均较高的陶瓷滑动轴承及其制造方法。其目的是这样实现的一种陶瓷滑动轴承，它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％。它的制造方法首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。由于上述组分在烧结过程中形成了硅、铝、硼、钇等的复合相，这种复合相具有硬度高、耐磨损和韧性好等特点，因此克服了现有陶瓷轴承强度低、韧性差、易碎裂的问题。
本发明还提供另一种陶瓷滑动轴承，它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。它的制造方法首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末、添加剂以及石墨粉等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃，升温到1850～2150℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。本发明与现有技术相比具有如下优点1、耐磨性能提高。由于陶瓷轴承中加入了石墨，石墨做为润滑剂使摩擦系数降低，从而使轴承的耐磨性能比目前所用技术制造的产品提高了30～50％，同时降低成本25～40％。2、韧性提高了30％左右，从而使轴承的抗冲击性能提高。3、由于碳化硅陶瓷所具有的高温性能，使轴承在高温，特别是在无润滑工况中使用的可靠性提高。
具体实施例方式
一它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％。它的制造方法首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。碳化硅和碳化硼的质量比为12∶1至12∶1.5。
具体实施例方式
二本实施方式与实施方式一的不同点是，它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼82％～90％、Al-Y系添加剂8％～15％、CeO2或La2O31.5％～3％，其它与实施方式一相同。
具体实施例方式
三本实施方式与实施方式一的不同点是，它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼91％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～7.9％、CeO2或La2O30.5％～1.5％。其它与实施方式一相同。
具体实施例方式
四它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含84～90％，碳化硼粉末含6～7.5％，Al-Y添加剂为2～8％，CeO2或La2O3为0.5％。碳化硅粉末为β相占95％以上，粉末平均粒径为0.5微米。碳化硼粉末的平均粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的平均粒径为0.6～3.0微米，纯度为95～99.9％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入适量的酒精作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干破碎，加入含量为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥破碎，过60～80目筛。进行冷等静压成型，成型压力为250～350MPa。而后将上述压坯置于真空烧结炉中。先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结。烧结在流动的氩气中进行，升温速率为0.5～5℃/分钟。在1870℃保温240～480分钟，得到烧结体的主要性能指标为密度3.05g/cm3；硬度HV2520；四点抗弯强度670MPa；断裂韧性KIC6.6MPam1/2。较无压烧结的碳化硅轴承件的耐磨性提高42％，从而使轴承件的使用寿命提高75％，成本降低21％。
具体实施例方式
五本实施方式与实施方式四的不同点是，它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含80～84％碳化硼粉末含10％～14％，Al-Y添加剂为2～4％，CeO2或La2O3为2％，得到烧结体的主要性能指标为密度3.02g/cm3；硬度HV2630；四点抗弯强度620MPa；断裂韧性KIC6.1MPam1/2。较无压烧结的碳化硅轴承件的耐磨性提高47％，从而使轴承件的使用寿命提高80％，成本降低19％。其它与实施方式四相同。
具体实施例方式
六它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。它的制造方法首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末、添加剂以及石墨粉等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉坯置于真空烧结炉中。先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结。升温的速率为5～10℃，升温到1850～2150℃后，保温240～480分钟。烧结在氩气中进行。
具体实施例方式
七它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含67～72％，碳化硼粉末含5.5～6.0％，Al-Y添加剂为10～12％，CeO2或La2O3为3％，石墨粉为8～12％。碳化硅粉末为β相占95％以上，粉末平均粒径为0.5微米。碳化硼粉末的平均粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的平均粒径为0.6～3.0微米，纯度为95～99.9％。石墨粉的平均粒度为20～100μm，纯度大于99％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入适量的酒精作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干破碎，加入质量分数为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥破碎，过60～80目筛。进行冷等静压成型，成型压力为300～350MPa。而后将上述压坯置于真空烧结炉中。先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结。烧结在流动的氩气中进行，氩气流量为15升/分钟。升温速率为0.5～5℃/分钟。在1970℃保温240～480分钟，得到烧结体的主要性能指标为密度2.85g/cm3；硬度HV2240；四点抗弯强度420MPa；断裂韧性KIC42MPam1/2。与无压烧结的碳化硅轴承件组对，其摩擦系数降低26％，从而使轴承组件的耐磨性提高120％，整套轴承的制造成本降低42％。
具体实施例方式
八本实施方式与实施方式七的不同点是，它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含70～72％，碳化硼粉末含6.5～7％，Al-Y添加剂为12～15％，CeO2或La2O3为0.5％，石墨粉为8～9％，得到烧结体的主要性能指标为密度2.90g/cm3；硬度HV2320；四点抗弯强度450MPa；断裂韧性KIC4.4MPam1/2。与无压烧结的碳化硅轴承件组对，其摩擦系数降低22％，从而使轴承组件的耐磨性提高97％，整套轴承的制造成本降低39％。其它与实施方式七相同。
权利要求
1.一种陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％。
2.根据权利要求1所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼82％～90％、Al-Y系添加剂8％～15％、CeO2或La2O31.5％～3％，碳化硅和碳化硼的质量比为12∶1至12∶1.5。
3.根据权利要求1所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼91％～98％、Al-Y系添加剂0.5％～7.9％、CeO2或La2O30.5％～1.5％。
4.根据权利要求1所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含84～90％，碳化硼粉末含6～7.5％，Al-Y添加剂为2～8％，CeO2或La2O3为0.5％。
5.根据权利要求1所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含80～84％碳化硼粉末含10％～14％，Al-Y添加剂为2～4％，CeO2或La2O3为2％。
6.一种陶瓷滑动轴承的制造方法，其特征是首先采用球磨或搅拌的方法将碳化硅、碳化硼粉末等所有组分混合，而后用冷压、冷等静压或注射成型等方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗后，升温烧结，升温的速率为5～10℃，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。
7.一种陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼72％～85％、Al-Y系添加剂0.5％～15％、CeO2或La2O30.5％～3％、石墨8％～12％。
8.根据权利要求7所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含67～72％碳化硼粉末含5.5～6.0％，Al-Y添加剂为10～12％，CeO2或La2O3为3％，石墨粉为8～12％。
9.根据权利要求7所述的陶瓷滑动轴承，其特征是它的制造原料由下列质量百分比的组分组成碳化硅粉末含70～72％碳化硼粉末含6.5～7％，Al-Y添加剂为12～15％，CeO2或La2O3为0.5％，石墨粉为8～9％。
10.根据权利要求1或7所述的陶瓷滑动轴承，其特征是Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末。
全文摘要
本发明公开一种碳化硅陶瓷滑动轴承及其制造方法。它的制造原料是由下列质量百分比的组分组成碳化硅和碳化硼82％～98％、Al－Y系添加剂0.5％～15％、CeO
文档编号C04B35/64GK1552668SQ200310107760
公开日2004年12月8日 申请日期2003年12月19日 优先权日2003年12月19日
发明者李文辉, 李文新 申请人:李文辉, 李文新