基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷轴承制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及陶瓷凝胶注摸技术领域，特别是涉及一种基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷轴承制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着现代工业技术飞速发展，对所需材料的性能提出了更高的要求。传统金属材料在硬度、耐磨、耐高温方面已不能适用于高新技术领域，因此很多学者开始向陶瓷材料寻求解决方案。陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，抗压强度很高。而且，陶瓷材料一般具有高熔点，且在高温环境中化学稳定性好，对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。陶瓷热导率低，是良好的隔热材料。当温度变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。因此，陶瓷材料被广泛用作结构材料。某些陶瓷还具有特殊的电、光、磁学性能，能够用作功能陶瓷。因此，人们十分关注陶瓷材料可靠性的提高及其制造成本的降低
[0003]尤其需要指出的是，陶瓷材料制备工艺的可靠性基本决定了其使用性能的可靠性，制备工艺决定制备成本，先进的制备技术不仅可以使产品结构、形状、功能最大限度接近实际使用要求，减少后期加工成本，而且能够减小废品率，从而进一步降低生产成本。成型就是将陶瓷粉末加工制备成具有一定形状和尺寸的坯体。
[0004]其中，干法成型主要包括干压成型、热压成型、等静压成型，主要指传统的干压成型。干压成型顾名思义就是采用压力将陶瓷粉料在不加水的情况下压制成具有一定形状的陶瓷坯体。其实质就是使用外力将粉体在模具内压实，使颗粒相互靠近，此时内摩擦力就能够将粉体牢固地结合在一起，使聚集在一起的粉体具有一定的形状。等静压成型作为一种特种成型方法，是以传统干压成型为基础发展起来的。不同在于它传递压力利用的是液体，液体可以向模具内的粉体从各个方向施加压力。由于液体具有均匀性，内部压力具有一致性，因此，粉体在所有方向上所承受的压力具有一致性，因此能够较好的消除坯体内密度的部分差别，但是，其对于大尺寸或大截面的部件仍然无法克服坯体密度不均匀的问题。
[0005]针对上述问题，湿法成型工艺相比较而言，设备比较简单且应用比较广泛，成型的要求比较低，湿法成型中浆料混合均匀，使得成型后坯体成分均匀，缺陷少。其中，凝胶注模成型作为一种新型近净尺寸的陶瓷成型技术，浆料具有较好的流动性，可以很好地填充模具，因此很容易制备出复杂形状的坯体，避免了后期机械加工，即可达到合适形状，降低成本。此外，由于单体和交联剂为有机物，在烧结过程中能够完全排除，因此，烧结后的部件纯净度高。相比其它胶体成型方法，凝胶注模成型工艺具有比较明显的优势。由丙烯酰胺聚合成型得到的陶瓷坯体强度较高，不易开裂，脱模时不会变形
[0006]然而，传统的凝胶注模成型工艺依然存在如下缺陷:由于单体丙烯酰胺具有毒性，因此，在确保坯体强度的同时，又会对环境产生污染，以及对操作人员的人身健康产生了威胁。此外，单体丙烯酰胺在聚合过程，有可能会受到氧气的影响，使坯体产生开裂或起皮等问题，成型过程可控性较差。
【发明内容】
[0007]基于此，有必要提供一种毒性较低以及可以得到机械强度较高的氧化锆陶瓷的基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷轴承制备方法。
[0008]一种基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷轴承制备方法，包括如下步骤:
[0009]提供钇稳定四方相氧化锆粉体、氧化铝粉体、氮化硅粉体、分散剂、凝胶剂、脱模剂；
[0010]将所述钇稳定四方相氧化锆粉体、所述氧化铝粉体、氮化硅粉体、所述分散剂和适量去离子水放入球磨罐中进行球磨操作后，制备得到陶瓷粉料悬浮物，其中，所述球磨为湿法球磨工艺，并采用氧化锆球作为研磨球；
[0011]将所述陶瓷粉料悬浮物进行预热；
[0012]将所述凝胶剂加热溶解得到凝胶剂溶液，趁热将所述凝胶剂溶液加入至预热的所述陶瓷粉料悬浮物中，搅拌混合，并进行除泡，得到陶瓷浆料；
[0013]在模具内侧壁涂覆脱模剂后，向所述模具内注入所述陶瓷浆料，静置成型，脱模干燥后，得到轴承生坯；
[0014]将所述轴承生坯进行煅烧，得到所述氧化锆陶瓷轴承。
[0015]在其中一个实施例中，所述球磨以700r/min?800r/min的转速进行。
[0016]在其中一个实施例中，所述球磨的持续时间为12小时?48小时。
[0017]在其中一个实施例中，所述研磨球与所述陶瓷粉料悬浮物的质量比为1: (2?3)。
[0018]在其中一个实施例中，所述研磨球的直径为5?20mm。
[0019]在其中一个实施例中，还采用氧化铝球为研磨球。
[0020]在其中一个实施例中，所述分散剂包括聚丙烯酸铵。
[0021]上述基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷轴承制备方法采用无毒性以及绿色环保的凝胶剂，相对于传统的采用有毒性的单体丙烯酰胺聚合来进行凝胶注模工艺，上述制备方法可以消除制备过程中对环境以及操作人员产生的毒性，绿色环保。此外，上述制备方法制备得到的氧化锆陶瓷轴承机械强度较高。
【附图说明】
[0022]图1为一实施方式的基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷轴承制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0024]如图1所示，一实施方式的基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷轴承制备方法，包括如下步骤:
[0025]S110:提供钇稳定四方相氧化锆粉体、氧化铝粉体、氮化硅粉体、分散剂、凝胶剂、
脱模剂。
[0026]为了更好地提高凝胶注模工艺成型后的生坯的强度，例如，所述钇稳定四方相氧化锆粉体的平均粒径为0.6 μπι?5 μπι ;又如，所述氧化铝粉体的平均粒径为0.5 μπι?5 μπι ;又如所述氮化娃粉体的平均粒径为0.5 μπι?5 μm，这样，采用上述粒径，如，采用纳米级粒径的钇稳定四方相氧化锆粉体、氧化铝粉体、氮化硅粉体可以更好地提高凝胶注模工艺成型后的生坯的强度，同时，也有利于后续制作浆料时，三者的均匀分散。
[0027]—实施方式中，所述钇稳定四方相氧化锆粉体、所述氧化铝粉体和氮化硅粉体的质量比为(80?95): (5?20): (5?10)，优选的，所述乾稳定四方相氧化错粉体、所述氧化铝粉体和氮化硅粉体的质量比为90:10:10，这样，采用上述质量比的钇稳定四方相氧化锆粉体、氧化铝粉体、氮化硅粉体可以利于后续制作浆料时，三者的均匀分散。此外，采用上述质量比的钇稳定四方相氧化锆粉体、氧化铝粉体、氮化硅粉体制作的生坯在煅烧后，可以具有机械强度较高的优点。
[0028]S120:将所述钇稳定四方相氧化锆粉体、所述氧化铝粉体、氮化硅粉体、所述分散剂和适量去离子水放入球磨罐中进行球磨操作后，制备得到陶瓷粉料悬浮物。
[0029]通过将所述钇稳定四方相氧化锆粉体、所述氧化铝粉体、氮化硅粉体与分散剂混合，并利用分散剂对三种粉体的分散作用，可以使所述钇稳定四方相氧化锆粉体、所述氧化铝粉体、氮化硅粉体更好地分散，从而可以制备得到高固相含量的陶瓷粉料悬浮物，即陶瓷粉料悬浮物这一悬浮体的原位固化过程。
[0030]可以理解，高固相含量的陶瓷粉料悬浮物制备的生坯在煅烧烧结时，可以减少变形开裂的情况发生，即可以实现净尺寸的烧结效果。例如，制备得到的所述陶瓷粉料悬浮物的固含量为50vol %?65vol %，优选的，制备得到的所述陶瓷粉料悬浮物的固含量为65vol %，这样，可以实现净尺寸的烧结效果。
[0031]—实施方式中，陶瓷粉料悬浮物包括如下质量份的各组分:0.4份?0.6份的分散剂；80份?95份的钇稳定四方相氧化锆粉体；5份?20份的氧化铝粉体和5份?10份的氮化硅粉体；以及适量的去离子水，去离子水的用量以确保球磨顺利进行即可。
[0032]一实施方式中，所述球磨为湿法球磨工艺，并采用氧化锆球作为研磨球；又如，所述球磨以700r/min?800r/min的转速进行；又如，所述球磨的持续时间为12小时?48小时；又如，所述研磨球与所述陶瓷粉料悬浮物的质量比为1: (2?3);又如，所述研磨球的直径为5?20_ ;又如，还采用氧化铝球为研磨球，这样，有利于得到分散效果较佳和粒径更均匀的陶瓷粉料悬浮物。
[0033]—实施方式中，所述分散剂包括聚丙烯酸铵和柠檬酸铵中的至少一种，又如，所述分散剂包括质量比为1: (2?3)的聚丙烯酸铵和柠檬酸铵；又如，所述分散剂包括质量比为1:1.5的聚丙烯酸铵和柠檬酸铵。
[0034]需要说明的是，一方面，在陶瓷粉料悬浮物体系中，氧化铝悬浮体的zeta电位(电动电势)随pH值的变化而变化，氧化铝悬浮体在酸性条件下zeta电位为正值，随着pH值的升高，会促使陶瓷粉料悬浮物体系的zeta电位逐渐减小，在pH值为9附近时，达到等电点，随后zeta电位将小于零，因此，在未加入分散剂的情况下，氧化铝悬浮体在酸性条件下分散性比较好。但是，当在加入分散剂为质量比为1: (2?3)的聚丙烯酸铵和柠檬酸铵时，其对陶瓷粉料悬浮物体系的zeta电位的影响比较大，在碱性条件下，如，陶瓷粉料悬浮物体系的pH为9?10时，陶瓷粉料悬浮物体系的zeta电位绝对值比未加入分散剂时的zeta电位绝对值更大，也就是说，采用上述质量比的分散剂，可以使陶瓷粉料悬浮物体系分散地更均匀。也就是说，zeta电位绝对值越大，则说明粉体之间的静电排斥力越大，即陶瓷粉料悬浮物体系的分散性越好。如此，在陶瓷粉料悬浮物体系的