专利名称：高精度精密陶瓷球制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度精密陶瓷球制造工艺，具体涉及一种采用烧结工艺与粗
磨、精磨、初研、精研工艺相结合，能生产出机械强度高且热性能和化学性能均优，具有硬度 高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点的高精度陶瓷球。
背景技术：
目前，市场上的工业用球主要有金属球和陶瓷球两种球体，相比于金属球体，陶瓷 球的应用领域更广阔，适合于更为恶劣的环境。 陶瓷球体的特性为硬度高，与金属相比脆性较大，加工困难。陶瓷球加工存在如 下主要问题材料特殊，需烧结成型，难度大；陶瓷球表面能低，研磨介质和磨料附着性差， 影响陶瓷球加工效率、球表面粗糙度和批直径变动量；陶瓷球在研磨盘沟道中自转性差，影 响陶瓷球的加工精度特别是球形误差；磨料种类和研磨板及其技术条件要进行合理选择； 批量加工工艺参数要进行优化。
由上可见，陶瓷球体的制作主要在于制作工艺。
发明内容
本发明的主要任务在于提供一种高精度精密陶瓷球制造工艺，具体涉及一种能制 作出具有硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点的高精度陶瓷球的高精度陶瓷球制造工 艺。 为了解决以上技术问题，本发明的一种高精度精密陶瓷球制造工艺，选用氮化硅
为材料，由烧结、粗磨、精磨、初研、精研五大工艺构成，其特征在于所述烧结为热等静压烧
结法，主要是将氮化硅(Si3N4)与6^质量百分比的烧结助剂混合后，在1800士5(TC的温度
下使用氮气作为加压介质，利用各向均等的静压力压制5 6分钟后，烧结成型。 进一步地，所述烧结助剂为A1203+Y203。 进一步地，所述各向均等的静压力值在7 8MPa之间。 本发明的优点在于将氮化硅采用热等静压烧结成型，使用氮气作为加压介质，集 热压和等静压的优点于一身，成形产品致密，性能优良，具有硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐 蚀等特点。烧结后的加工工艺是克服了陶瓷材料硬度高，脆性大，不易加工的难题，生产出 高质量、高精度的陶瓷球。
具体实施例方式本发明的陶瓷球制作工艺如下 首先，选择强度高、耐高温、耐磨损的氮化硅(Si3N4)为主要原材料。
然后将氮化硅(Si3N4)粉末与烧结助剂按质量比为94 : 6的比例进行混合配 比，所述烧结助剂为八1203和^03的混合物。将配比后的原材料置于烧结炉中，加热至 1800±50°C的温度，并在烧结炉中充入氮气为加压介质，压力应大于7MPa，但最高不超过8Mpa，由于氮气在烧结炉中所产生的各向压力为静压力，且各向压力值均等，因此，原材料 在该均等的静压力下利用高温进行烧结5 6分钟后，便可形成球坯。该工艺可制得达到 理论密度99%的氮化硅，产品性能优良，强度很高，是世界上最坚硬的物质之一，它极耐高 温，强度一直可以维持到120(TC的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到190(TC才 会分解，特别适合制作为高温轴承，其工作温度可达120(TC，比普通合金轴承的工作温度提 高2. 5倍，而工作速度是普通轴承的10倍，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无 机酸和30%以下的烧碱溶液。 接下来对烧结好的球坯进行粗磨。粗磨工序要完成陶瓷毛坯球加工留量95%的加 工量，是影响陶瓷球加工效率的关键工序，材料去除量大，要求加工效率高，同时控制加工 表面质量和精度。本发明中的陶瓷球的粗磨加工采用循环加工方法。具体如下采用硬度大 于230HB的铸铁磨球板，选用FMM-1型复合磨料以及FYM-1型复合研磨液，让烧结好的陶瓷 球坯在磨球板(磨球盘转速48-170r/min)之间，受一定的压力(2 3MPa)，并在磨液作用 下，磨去部分留量，同时改善表面质量和形状。粗磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于1. 6 ii m， 球形误差小于2iim。 粗磨结束后，再进行陶瓷球的精磨，精磨加工是在粗磨的基础上改善陶瓷球的表 面质量和精度。本发明中的陶瓷球的精磨加工采用循环加工方法。具体如下采用硬度 210 240HB的铸铁磨球板，选用FMM-2型复合磨料以及FYM_2型复合研磨液，让粗磨后的陶 瓷球在磨球板(磨球盘转速48-120r/min)之间，受一定的压力(2 3MPa)，并在磨液作用 下，磨去部分留量，同时改善表面质量和形状。精磨后，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0. 4 ii m， 球形误差小于1 P m。 精磨结束后，进行陶瓷球的初研，初研加工是为了进一步改善陶瓷球的表面质量 和精度，消除加工表面应力。本发明中的陶瓷球的初研加工采用循环加工方法。具体如下 采用硬度190 220HB的铸铁研磨板，选用FMY-3型复合磨料以及FYY_3型复合研磨液，让 精磨后的陶瓷球在研磨板(研磨盘转速25-60r/min)之间，受一定的压力(1 2. 5MPa)， 并在研磨液作用下，磨去部分留量，同时改善表面质量和精度。初研后的陶瓷球精度基本达 到成品球的要求，陶瓷球表面粗糙度Ra小于0. 08 ii m，球形误差小于0. 25 y m。
初研结束后，进行陶瓷球的精研，精研加工是陶瓷球加工的最后一道工序，也是获 得最终产品的工序。要求陶瓷球的表面质量和精度达到G10或G5级标准。陶瓷球的精研 加工根据批量大小和精度要求，可采用循环精研或单沟精研的方式。本发明中的陶瓷球的 精研加工采用循环加工方法。具体如下采用硬度190 220HB的铸铁精研板，选用FMY-4 型复合磨料以及FYY-4型复合精研液，让初研后的陶瓷球在精研板(精研盘转速15-30r/ min)之间，受一定的压力(1 2.5MPa)，并在精研液作用下，研磨掉最后的加工留量，同时 进一步提高表面质量和精度。精研后陶瓷球的表面质量和精度达到G10或G5级标准。
权利要求
高精度精密陶瓷球制造工艺，选用氮化硅为材料，由烧结、粗磨、精磨、初研、精研五大主要工艺构成，其特征在于所述烧结为热等静压烧结法，主要是将质量百分比为94％的氮化硅(Si3N4)与质量百分比为6％的烧结助剂混合后，在1800±50℃的温度下使用氮气作为加压介质，利用各向均等的静压力压制5～6分钟后，烧结成型。
2. 根据权利要求1所述的高精度精密陶瓷球制造工艺，其特征在于所述烧结助剂为 A1203和Y203的混合物。
3. 根据权利要求1所述的高精度精密陶瓷球制造工艺，其特征在于所述各向均等的 静压力值在7 8MPa之间。
全文摘要
本发明主要公开了一种高精度精密陶瓷球制造工艺，选用氮化硅为材料，由烧结、粗磨、精磨、初研、精研五大主要工艺构成，其特征在于所述烧结为热等静压烧结法，主要是将质量百分比为94％的氮化硅(Si3N4)与质量百分比为6％的烧结助剂混合后，在1800±50℃的温度下使用氮气作为加压介质，利用各向均等的静压力压制5～6分钟后，烧结成型。本发明将氮化硅采用热等静压烧结成型，使用氮气作为加压介质，集热压和等静压的优点于一身，成形产品致密，性能优良，具有硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点。烧结后的加工工艺是克服了陶瓷材料硬度高，脆性大，不易加工的难题，生产出高质量、高精度的陶瓷球。
文档编号C04B35/645GK101792318SQ201010127949
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者何福艮, 周勇, 沈悦平, 王嵘, 马林 申请人:江苏力星钢球有限公司