本发明属于多孔陶瓷材料技术领域，具体涉及一种气浮轴承用多孔陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术：
轴承是当今时代各类机械装备中必不可少的基础件,其性能的优劣直接的影响和决定着机械装备的性能好坏。气浮轴承也叫气体轴承。用空气作为润滑剂的滑动轴承。正常工作时，轴和轴承表面完全由气膜所隔开，凭借气膜中压力的变化来支承轴和外力负荷。由于空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而气浮轴承可用于高速机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比较低。
由于气体的压力低和可压缩性，使气浮轴承存在着承载能力小、刚度低等问题，如设计不当容易引起不稳定等缺点。随着多孔材料的出现，这些问题正逐渐得到解决。目前应用于气浮轴承的的多孔材料主要有：多孔质青铜和多孔质不锈钢。多孔材料的渗透率是决定气浮轴承性能的主要因素，但是因为青铜和不锈钢材料硬度小，用机械加工的方法会产生磨削碎屑，堵塞多孔材料表面的孔隙，降低多孔材料的渗透率，从而影响气浮轴承的性能。另一方面，多孔质青铜和多孔质不锈钢硬度小，导致气浮轴承在运行过程中容易被磨损，使用寿命较短。多孔陶瓷则是一种稳定性好，耐磨腐效果优，使用寿命长，刚性大，耐高温，扭矩低，无磁性不导电的功能材料。
技术实现要素：
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种气浮轴承用多孔陶瓷及其制备方法和应用，该多孔陶瓷孔隙度高，渗透率高，机械性能优异，使用寿命长，在气浮轴承中具有良好的应用。
技术方案：一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法包括步骤如下：按重量份计，将60～80份的氧化铝复合陶瓷粉料、40～55份的粘结剂和5～10份的造孔剂球磨后，分散于溶剂中混合均匀得到陶瓷浆料，所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括75％～90％的氧化铝、5％～20％的氧化锆、2％～5％的碳化硅和1％～2％的二氧化硅；将所述浆料干燥处理后压制成型，制成素坯；将所述素坯烧结得到多孔陶瓷。
在氧化铝为基料的氧化铝复合陶瓷粉料中，添加适当比例的氧化锆，能够相互配合，促进组织材料的均化，同时提高成型素坯的机械强度。
优选的，所述粘结剂包括氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述粘结剂中氧化铝、氧化镁和二氧化钛的质量比为3.2～3.5：0.5～0.8：0.3～0.5。
利用平均粒径仅为1～2μm的氧化铝和平均粒径小于1μm的氧化镁和二氧化钛作为粘结剂，经过搅拌后可均匀分散并覆盖在复合陶瓷粉料表面，经过陈化处理后能够凝结聚团，在压制后能使陶瓷粉料形成稳定的素坯。同时，氧化铝还能够起到促进烧结、降低烧结温度的作用，避免高温烧结引起的孔隙率降低问题。
优选的，所述造孔剂为石墨粉、聚苯乙烯微球、碳酸氢铵和碳粉中的一种或几种。
所添加的造孔剂难以与多种金属氧化物形成的陶瓷基体反应，在加热烧结过程中易于分解逸出，形成高孔隙率的多孔陶瓷，且不会在陶瓷基体内留下有害物质。
优选的，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3～12μm，所述粘结剂的中位粒径为1～2μm，所述造孔剂的中位粒径为10～30μm。
通过控制各组分的粒径分别在上述范围，可以使多孔陶瓷的孔径达到气浮轴承的使用要求。
优选的，所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇和丙酮中的一种或几种。
优选的，所述球磨操作中，料：球：介质的质量比为1.2～1.5:1:1.5～2.5。
优选的，所述素坯烧结的操作为：在保护气氛条件下，将所述素坯以1.5～2℃/min的升温速率升温至300℃并保温0.5～1h，接着以0.5～1℃/min的速率升温至600～650℃并保温3～4h，再以2～3℃/min的速率升温至1200～1300℃并保温2～3h，得到所述多孔陶瓷。
烧结过程中要使造孔剂能充分的排除，升温速率应适当减慢，必要时可进行适时的保温。在此烧结阶段，若升温速率过快，则会对素坯产生一定的冲击，造成坯体的开裂或坍塌。
在高温阶段，素坯体积收缩。致密度增加，强度上升，陶瓷的导热系数偏低，其内部与表面形成温差，收缩不均匀而产生内应力，导致制品开裂或坍塌，故升温速率不宜太快。
优选的，所述保护气氛为氮气或氩气气氛。
由上述制备方法得到的多孔陶瓷。
所述多孔陶瓷在气浮轴承中的应用。
有益效果：本发明以氧化铝为陶瓷基料，加入适当比例的耐高温、耐腐蚀的氧化锆，能够有效改善多孔陶瓷的强度和硬度，使其具有较好的耐磨性能，不仅有利于提高其使用寿命，而且还能减少对多孔陶瓷机械加工时产生的磨削碎屑量，减少孔隙被堵塞而造成的多孔陶瓷的渗透率降低问题。本发明利用添加造孔剂的方法制备多孔陶瓷，降低了生产成本。本发明通过预烧结、二次烧结和高温烧结的三段式烧结方法，可以控制造孔剂在坯体中的反应速率，结合对应的坯体密度，在控制升温速率的条件下，可以方便的控制陶瓷的孔径大小，并能有效提升陶瓷的孔隙率。
本发明制备得到的多孔陶瓷具有孔隙率高，渗透率高，机械性能优异，使用寿命长的优点，在气浮轴承中具有良好的应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法包括步骤如下：
按重量份计，准备60份的氧化铝复合陶瓷粉料、45份的粘结剂和5份的造孔剂，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3～12μm，所述粘结剂的中位粒径为1～2μm，所述造孔剂的中位粒径为10～30μm。其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括80％的氧化铝、15％的氧化锆、3％的碳化硅和2％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.2：0.8：0.3的氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述造孔剂为碳酸氢铵。
将上述粉料按照料：球：介质无水乙醇的质量比为1.5:1:1.5进行球磨，所用球磨机为行星球磨机，球磨转速为200r/min。再将球磨后的浆液取出分散于体积分数为75％的乙醇溶剂中，并通过超声分散混合均匀，得到陶瓷浆料。
将所述浆料进行喷雾干燥处理，再通过模具干压成型，制成素坯。
将所述素坯在氮气气氛下，以1.5～2℃/min的升温速率升温至300℃并保温1h，接着以0.5～1℃/min的速率升温至600℃并保温3h，再以2～3℃/min的速率升温至1200℃并保温2h，得到所述多孔陶瓷。
实施例2
一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法包括步骤如下：
按重量份计，准备70份的氧化铝复合陶瓷粉料、40份的粘结剂和8份的造孔剂，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3～12μm，所述粘结剂的中位粒径为1～2μm，所述造孔剂的中位粒径为10～30μm。其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括90％的氧化铝、5％的氧化锆、4％的碳化硅和1％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.5：0.5：0.5的氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述造孔剂为聚苯乙烯微球。
将上述粉料按照料：球：介质去离子水的质量比为1.2:1:2.5进行球磨，所用球磨机为行星球磨机，球磨转速为230r/min。再将球磨后的浆液取出分散于甲醇溶剂中，并通过超声分散混合均匀，得到陶瓷浆料。
将所述浆料在80℃下烘干处理，再通过模具干压成型，制成素坯。
将所述素坯在氮气气氛下，以1.5～2℃/min的升温速率升温至300℃并保温0.5h，接着以0.5～1℃/min的速率升温至650℃并保温3h，再以2～3℃/min的速率升温至1300℃并保温3h，得到所述多孔陶瓷。
实施例3
一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法包括步骤如下：
按重量份计，准备80份的氧化铝复合陶瓷粉料、55份的粘结剂和10份的造孔剂，所述氧化铝复合陶瓷粉料的中位粒径为3～12μm，所述粘结剂的中位粒径为1～2μm，所述造孔剂的中位粒径为10～30μm。其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括75％的氧化铝、20％的氧化锆、3％的碳化硅和2％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.5：0.5：0.3的氧化铝、氧化镁和二氧化钛，所述造孔剂为石墨粉和碳粉以重量比1：1混合的混合物。
将上述粉料按照料：球：介质丙酮的质量比为1.5:1:2进行球磨，所用球磨机为行星球磨机，球磨转速为250r/min。再将球磨后的浆液取出分散于丙酮溶剂中，并通过超声分散混合均匀，得到陶瓷浆料。
将所述浆料在70℃下烘干处理，再通过模具干压成型，制成素坯。
将所述素坯在氩气气氛下，以1.5～2℃/min的升温速率升温至300℃并保温0.5h，接着以0.5～1℃/min的速率升温至650℃并保温3h，再以2～3℃/min的速率升温至1300℃并保温3h，得到所述多孔陶瓷。
实施例4
一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法与实施例1的区别在于，按重量份计，所述多孔陶瓷原料包括70份的氧化铝复合陶瓷粉料、55份的粘结剂和10份的造孔剂，其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括75％的氧化铝、20％的氧化锆、3％的碳化硅和2％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.2：0.5：0.3的氧化铝、氧化镁和二氧化钛。
实施例5
一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法与实施例2的区别在于，按重量份计，所述多孔陶瓷原料包括70份的氧化铝复合陶瓷粉料、50份的粘结剂和8份的造孔剂，其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括80％的氧化铝、15％的氧化锆、3％的碳化硅和2％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.2：0.5：0.5的氧化铝、氧化镁和二氧化钛。
实施例6
一种多孔陶瓷的制备方法，所述方法与实施例3的区别在于，按重量份计，所述多孔陶瓷原料包括80份的氧化铝复合陶瓷粉料、50份的粘结剂和8份的造孔剂，其中所述氧化铝复合陶瓷粉料按重量百分数计包括80％的氧化铝、15％的氧化锆、3％的碳化硅和2％的二氧化硅，所述粘结剂包括质量比为3.5：0.5：0.5的氧化铝、氧化镁和二氧化钛。
对上述各实施例制得的多孔陶瓷进行性能检测，其检测结果如下：
由上述表格可知，本发明制备得到的多孔陶瓷具有孔隙率高，渗透率高，机械性能优异的特点，因此可以在气浮轴承中具有良好的应用。