专利名称：高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法
技术领域：
本发明涉及一种工业陶瓷氮化硅陶瓷的制造方法，特别涉及一种高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法。
背景技术：
氮化硅材料由于其具有高硬度，自润滑，耐腐蚀、耐磨损等特性，因此在不同领域有广泛的应用，如要求具有耐磨损的气缸的拉杆，柱塞泵的柱塞均采用高精度圆形长棒氮化硅陶瓷材料，但是氮化硅陶瓷硬度高，加工难度大，特别是高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制品由于受烧结工艺影响，易造成垂直变形量大，精加工程度大，为此造成高精度圆形长棒氮化硅陶瓷成本高，难以满足市场要求。
发明内容
本发明的技术问题是要提供一种氮化硅制品垂直变形量小、精加工成本低的高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法。为了解决以上的技术问题，本发明提供一种高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法，包括以下的步骤1)氮化硅原料进行细化处理、干燥、造粒，造粒压力为20～80MPa，过筛为50～70目筛；2)过筛后氮化硅的粉体按金属模具的体积计算出重量，加入金属模具中，进行机械压制成型，压力为60～100MPa；3)机械压制后的长棒状氮化硅素坯制品，装入橡胶筒、或聚氨酯、硅橡胶或聚氨酯海绵软模具内，密封后在冷等静压机内进行冷等静压，压力为180～300MPa、时间为3分钟；
4)经冷等静压后的氮化硅素坯在机床上加工成几种长棒形状，使烧结后圆棒的圆度精加工余量小于1mm；5)按几种长棒状氮化硅陶瓷的形状，设计相应形状的石墨容器，采用吊烧工艺，在气压炉内进行气压烧结。
所述的气压烧结，其过程为首先抽真空，真空度控制在30～100Pa，开始加热，当温度达到1000℃～1400℃时，充氮气加压力0.4～1.2MPa，当温度达到1700℃时加压力2～8MPa，最终烧结温度为1750℃～1900℃，烧结时间2～4小时，冷却，当炉温降至室温，卸压，开炉取出。
6)在车床上切割去除吊烧部分的顶端，然后在无心磨床进行粗磨、细磨、抛光，在平面磨床上加工两端面，使表面粗糙度达到Ra0.2，圆度公差为0～0.001mm，这样便得到高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制品。
本发明的优越功效在于(1)采用吊烧工艺的高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制品毛坯在垂直度变形量小，圆形精加工余量在1mm以内；(2)高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制品表面粗糙度达到Ra0.2，满足柱塞泵等设备对其精度要求；(3)采用气压烧结工艺，该高精度圆形长棒氮化硅陶瓷密度达到理论密度的98％以上，在16倍光学显微镜下观察材料表面没有气孔；(4)高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法适合产业化生产，大大降低了产品成本，尤其适用于长度大于200mm的高精度圆形氮化硅陶瓷制品，大大提高了高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制品的市场竞争力和应用领域的推广。
图1(包括图1A、图1B和图1C)为本发明素割后的三种长棒形状氮化硅素坯的结构示意图；图2(包括图2A、图2B和图2C)为本发明的三种石墨容器的结构示意图；图3(包括图3A、图3B和图3C)为本发明素割后的三种长棒形状氮化硅素坯与石墨容器结合的结构示意图。
图中标号说明1—长棒状陶瓷素坯；2—石墨容器；3—石墨绳。
具体实施例方式
请参阅附图，以实际应用在柱塞泵上的一种φ20×200高精度圆形长棒氮化硅陶瓷柱塞棒制品为例对本发明作进一步的描述。
本发明提供一种高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法，包括以下的步骤1)氮化硅原料进行细化处理、干燥、造粒，造粒压力为40MPa，过筛为50目；2)过筛后氮化硅的粉体按φ21×215体积计算总量，经计算原料重245克，用电子天平称量245克过筛后的氮化硅粉体，加入金属模具中，机械压制成型为棒状，压力为60MPa；3)机械压制后的长棒状氮化硅素坯制品，装入橡胶模具内，密封后在冷等静压机内进行冷等静压，压力为200MPa、时间为3分钟；4)经冷等静压后的长棒状氮化硅素坯在车床上加工成，如图1B所示的长棒形状，顶端留5mm余量，圆形凹槽宽度为10mm；5)按如图1B所示的长棒状氮化硅陶瓷的形状，设计如图2B所示的相应形状的石墨容器，采用吊烧工艺，在气压炉内进行气压烧结，使之致密化。
所述的烧结，其过程为首先抽真空，当炉内压力达到100Pa时开始加热，当温度达到1400℃时，充入氮气进行气氛保护，压力为0.4MPa，当温度达到1700℃时，压力升到2MPa，烧结温度为1800℃，保温3小时，然后停止加热，当炉温降至室温，卸压，开炉取出棒状制品。
6)切割去除吊烧部分的顶端，在无心磨床进行粗磨、细磨、抛光，使其表面粗糙度达到Ra0.2，圆度公差达到0～0.001mm。在平面磨床上加工两端面便得到φ20×200高精度圆形长棒氮化硅陶瓷柱塞棒制品。
经测试，φ20×200高精度圆形长棒氮化硅陶瓷柱塞棒制品，吊烧后的毛坯尺寸为φ20.9×201，垂直度变性量小于0.2mm；烧结密度达到理论密度的98％，在16倍光学显微镜下观察表面没有气孔；表面粗糙度达到Ra0.2，圆度公差达到0～0.001mm，达到高精度圆形长棒氮化硅陶瓷柱塞棒制品技术要求。
另，经冷等静压后的氮化硅素坯在机床上加工成如图1C所示的长棒形状，在吊烧的顶部径向钻孔，穿根石墨绳3与如图2C所示的石墨容器3结合进行吊烧，如图3C所示，在气压炉内进行气压烧结。
权利要求
1.一种高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法，其特征在于包括以下的步骤1)氮化硅原料进行细化处理、干燥、造粒，压力为20～80MPa，过筛为50～70目筛；2)过筛后氮化硅的粉体加入金属模具中，进行机械压制成型，压力为60～100MPa；3)机械压制成型后的氮化硅素坯制品，装入橡胶筒、或聚氨酯、或硅橡胶或聚氨酯海绵软模具内，密封后进行冷等静压，压力为180～300MPa、时间为3分钟；4)经冷等静压后的氮化硅素坯在机床上加工成几种长棒形状，使其烧结后圆棒的圆度精加工余量小于1mm；5)按几种长棒状氮化硅陶瓷的形状，设计相应形状的石墨容器，采用吊烧工艺，在气压炉内进行气压烧结。
2.根据权利要求1所述的一种高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法，其特征在于所述的气压烧结，其过程为首先抽真空，真空度控制在30～100Pa，开始加热，当温度达到1000℃～1400℃时，充氮气加压力0.4～1.2MPa，当温度达到1700℃时加压力2～8MPa，最终烧结温度为1750℃～1900℃，烧结时间2～4小时，冷却，当炉温降至室温，卸压，开炉取出，在车床上切割去除吊烧部分的顶端，然后在无心磨床进行粗磨、细磨、抛光，在平面磨床上加工两端面，使表面粗糙度达到Ra0.2，圆度公差为0～0.001mm。
全文摘要
本发明提供了一种高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制造方法，为氮化硅粉体细化、干燥、机械压制成型，冷等静压后，素坯经加工成几种长棒形状，按几种长棒状氮化硅陶瓷的形状，设计相应形状的石墨容器，采用吊烧工艺，在气压炉内气压烧结，然后采用无心磨床粗磨、细磨、抛光外圆、平面磨床加工端面。本发明的高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制品的毛坯采用吊烧工艺后在长度方面弯曲小于长度1.5％，圆度精加工余量小于1mm；高精度圆形长棒氮化硅陶瓷制品采用气压烧结其材料密度达到理论密度的98％以上，表面粗糙度达到Ra 0.2，圆度公差0～0.001mm。
文档编号B28B3/00GK1944340SQ20061011746
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月24日 优先权日2006年10月24日
发明者赵振威, 洪小林, 朱荣华, 葛忠贤 申请人:上海泛联科技股份有限公司