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陶瓷轴承材料

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新型陶瓷轴承材料包括氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷等工程陶瓷材料。
①氮化硅陶瓷(Si3N4):制造高速或高温、耐腐蚀精密陶瓷轴承球或滚子。
②氧化锆陶瓷(ZrO2):制造高温、耐腐蚀中低速陶瓷轴承球或滚动子。
③氮化硼陶瓷(BN):制造高温、耐腐蚀、自润滑全陶瓷轴承。
工程陶瓷材料性能及轴承钢(GCr15)性能的比较
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项目/ 氮化硅 氧化锆 氮化硼 轴承钢
材料 Si3N4 ZrO2 BN GCr15
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密度(g/cm3) 3.2 5.8~6.05 1.8~2.19 7.85
硬度(HV) 1700(9) 1300(7) 莫氏2 700
抗弯强度(MPa) 700 1200 600~800 2400
断裂韧性(MPa·m1/2) 6~8 7~14 25
弹性模量(GPa) 320 150~220 80 208
热膨胀系数(10-6/K) 3.2 8.7~11.4 2~7.5 11.8
电阻率(Ω·mm2/m) 1017~1018 1010 1016 10-1~1
使用温度(℃) 800 800 900 300
尺寸稳定性 好 好 好 差
耐腐蚀性能 好 好 好 差
2、氮化硅陶瓷材料
其特点是:
①多晶材料,晶体结构属六方晶系。
②氮化硅陶瓷外观呈灰白、蓝灰、灰黑色。
③理论密度:3.19±0.1g/cm3,密度低。
④高硬度,良好的耐磨性,低磨擦系数(自配磨0.02~0.07),自润滑性好。
⑤耐高温,抗热震性较好。
⑥具有较高的断裂韧性,抗冲击性能较好。
⑦耐腐蚀性好,能耐所有酸(除氢氟酸以外)腐蚀,能抗弱碱腐蚀,对大多数强碱和熔盐不稳定。
⑧与轴承钢相近的接触疲劳寿命,相似的疲劳剥落形式。
⑨氮化硅粉末性能:
粒度0.5~0.8μm,低的杂质含量和氧含量<2wt%,α相含量>90wt%。
⑩氮化硅粉末制造方法:
A、硅粉直接氮化法3Si 2N2→Si3N4
国内普遍采用的方法,需经球磨得到细粉,易引入杂质。
B、硅亚胺分解法SiCl4 6NH3→Si(NH)2 4NH4Cl
3Si(NH)2→Si3N4 N2 3H2
粉末纯度高,细度细且均匀,制造成本高。
C、碳热还原氮化法3SiO2 2N2 6C→Si3N4 6CO
D、化学气相沉积法3SiCl4 4NH3→Si3N4 12HCl
需激化诱导,粉末纯度高,细度细且均匀,制造成本极高。
(11)致密氮化硅陶瓷制造方法:
A、热压氮化硅(HP SN)
方法:氮化硅混合粉末在石墨模具中,同时加热和但轴向加压,烧结温度1650~1850℃,压力15~30MPa,保温时间1~4h。特点:致密,基本达到理论密度(99~100%),制品形状简单,难于批量化生产,可制造滚子毛坯,成品价格昂贵。
B、常压烧结氮化硅(S SN)
方法:氮化硅混合粉末经模压或冷等静压成形,用烧结炉在N2气氛中烧结,温度1700~1800℃,时间几小时,压力0.1MPa(1atm)。
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