專利名稱：用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械裝置中高速運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸多采用滾動(dòng)軸承。但在高溫?zé)o潤滑的工況則采用陶瓷軸承。而高溫重載荷工況無潤滑或有腐蝕性介質(zhì)的工況，多采用陶瓷材料或優(yōu)質(zhì)石墨材料制成的滑動(dòng)軸承。上述軸承要求具備耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、削閏滑、長壽命的特點(diǎn)。軸承材料多采用自潤滑性能較好的碳化硅陶瓷或石墨材料。在實(shí)際工況中發(fā)現(xiàn)，碳化硅陶瓷滑動(dòng)軸承耐磨耐腐蝕性能好但自潤滑性能不足，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)劇烈的溫升導(dǎo)致陶瓷件炸裂而失效。石墨陶瓷滑動(dòng)軸承雖然自潤滑性能優(yōu)異，耐腐蝕性能好，但耐磨損性能差，使用壽命難以保證，因而急需開發(fā)一種既耐腐蝕、耐磨損，有具有摩擦系數(shù)小，耐熱沖擊的材料，滿足上述工況的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料及其制備方法，以解決目前陶瓷滑動(dòng)軸承不具備耐腐蝕、耐磨損，摩擦系數(shù)小且耐熱沖擊特點(diǎn)的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是方案一所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5-45份的石墨和55-95份的碳化硅組成。方案二 所述方法包括以下步驟步驟一、取基體粉末和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中基體粉末的體積份數(shù)為5-45份，基體粉末由石墨粉和活性炭粉任意比構(gòu)成，碳化硅粉的體積份數(shù)為50-90份，球磨罐中的磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為基體粉末和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12- 小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為100-200目；步驟二、在鋼模中壓制成軸承的粉末壓坯；步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤，侵潤時(shí)間為3-4小時(shí)，侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5-lOMPa的氬氣氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2100-2200°C，時(shí)間2_5小時(shí)。方案三所述方法包括以下步驟步驟一、取基體粉末和硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中基體粉末的體積份數(shù)為5-45份，基體粉末由石墨粉和活性炭粉任意比構(gòu)成，硅粉的體積份數(shù)為5-35份，球磨罐中的磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為基體粉末和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為 12-M小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為100-200目；步驟二、在鋼模中壓制成軸承的粉末壓坯；
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步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤，侵潤時(shí)間為3-4小時(shí)，侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5-lOMPa的氬氣氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2100-2200°C，時(shí)間2_5小時(shí)。本發(fā)明具有以下有益效果1、制成的含石墨碳化硅燒結(jié)軸承的基體由石墨和碳化硅互穿網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，不含游離硅，因而耐腐蝕性能優(yōu)異。石墨與游離硅的反應(yīng)所形成的碳化硅形成網(wǎng)絡(luò)形骨架，起到支撐的作用。過量的石墨處于網(wǎng)絡(luò)的空隙中，起到潤滑和減磨的作用。制成的含石墨碳化硅滑動(dòng)軸承具有良好的潤滑性能、耐腐蝕性能、耐磨性能和抗熱震的能力。經(jīng)試驗(yàn)證明所得到的制品其摩擦系數(shù)降低，摩擦熱明顯減少，耐磨性能提高，可用于制作無潤滑工況使用的滑動(dòng)軸承；2、本發(fā)明的制造方法中的侵潤過程將未反應(yīng)的游離硅繼續(xù)與石墨反應(yīng)以確保硅與石墨生成碳化硅的過程全部完成。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5-45份的石墨和55-95 份的碳化硅組成。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式的復(fù)合材料按體積份數(shù)比由30份的石墨和70份的碳化硅組成。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5份的石墨和95份的碳化硅組成。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的方法包括以下步驟所述方法包括以下步驟步驟一、取基體粉末和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中基體粉末的體積份數(shù)為5-45 份，基體粉末由石墨粉和活性炭粉任意比構(gòu)成，碳化硅粉的體積份數(shù)為50-90份，球磨罐中的磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為 10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為基體粉末和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12- 小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為100-200目；步驟二、在鋼模中壓制成軸承的粉末壓坯；步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤，侵潤時(shí)間為3-4小時(shí)，侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5-lOMPa的氬氣氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2100-2200°C，時(shí)間2_5小時(shí)。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式的所述步驟四中的燒結(jié)爐為氣壓燒結(jié)爐，粉末壓坯在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)，氣壓燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為2-lOMpa，此步驟燒結(jié)粉末壓坯效果更好。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式的方法包括以下步驟步驟一、取基體粉末和硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中基體粉末的體積份數(shù)為5-45份，基體粉末由石墨粉和活性炭粉任意比構(gòu)成，硅粉的體積份數(shù)為5-35份，球磨罐中的磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為基體粉末和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12-M小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過
4篩，篩的目數(shù)為100-200目；步驟二、在鋼模中壓制成軸承的粉末壓坯；步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤，侵潤時(shí)間為3-4小時(shí)，侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5-lOMPa的氬氣氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2100-2200°C，時(shí)間2_5小時(shí)。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式的步驟四中的燒結(jié)爐為氣壓燒結(jié)爐，粉末壓坯在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)，氣壓燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為2-lOMpa，此步驟燒結(jié)粉末壓坯效果更好。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
六相同。具體實(shí)施例如下實(shí)施例1取石墨粉和活性炭粉300克置于球磨罐中，其中石墨的目數(shù)為80目，加入9克質(zhì)量濃度為10%的聚乙烯醇溶液作為粘接劑進(jìn)行混合，磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅。混合 24小時(shí)后，取出干燥破碎成小顆粒過100目篩；在鋼模中壓制成外徑50mm，內(nèi)徑40mm，高度 60mm軸套和外徑70mm，內(nèi)徑50mm，高度60mm軸承的粉末壓坯；將粉末壓坯至于熔融的硅液體中，侵潤3-4小時(shí)；所得到的碳化硅體的密度為2. 67g/cm3,硬度為HV1034。將上述材料制成滑動(dòng)軸承和軸承套安裝到臺(tái)架上試車，經(jīng)30分鐘的運(yùn)行后軸承表面的溫升從開始的17°C經(jīng)過19分鐘升到78°C，而后保持在78°C不再上升。而采用無壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷制作的軸承和軸承套運(yùn)行30分鐘后軸承的溫度升到478°C，導(dǎo)致金屬軸出現(xiàn)暗紅的氧化色。將上述材料制成的軸承和軸套置于氫氟酸液體中在25°C攪動(dòng)狀態(tài)下浸泡168小時(shí)，質(zhì)量損失4. 4%，表面硬度降到HV878。實(shí)施例2石墨粉和活性炭粉300克，9克質(zhì)量濃度為10%的聚乙烯醇溶液作為粘接劑置于球磨罐中進(jìn)行混合，其中石墨的目數(shù)為80目；磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅；混合M小時(shí)后，取出干燥破碎成小顆粒過200目篩；在鋼模中壓制成外徑50mm，內(nèi)徑40mm，高度60mm軸套和外徑70mm，內(nèi)徑50mm，高度60mm軸承的粉末壓坯；將粉末壓坯至于熔融的硅液體中，侵潤3-4小時(shí)，侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5MPa的氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出工件。所得到坯體的密度為2. 76g/cm3.硬度為HV11M。將上述坯體磨削后制成滑動(dòng)軸承和軸承套安裝到臺(tái)架上試車，經(jīng)30分鐘的運(yùn)行后軸承表面的溫升從開始的17°C經(jīng)過14 分鐘升到62°C，而后保持在62°C不再上升。而采用無壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷制作的軸承和軸承套運(yùn)行30分鐘后軸承的溫度升到478°C，導(dǎo)致金屬軸出現(xiàn)暗紅的氧化色。將上述材料制成的軸承和軸套置于氫氟酸液體中在25°C攪動(dòng)狀態(tài)下浸泡168小時(shí)，質(zhì)量損失4. 7%，表面硬度降到HV972。實(shí)施例3取80目石墨粉和活性炭粉300克，平均粒徑14微米的碳化硅粉700克混合均勻， 混合在球磨罐中進(jìn)行，磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅?；旌锨凹尤?0克質(zhì)量濃度為10%的聚乙烯醇溶液作為粘接劑，混合12小時(shí)后，取出干燥破碎成小顆粒過200目篩，在鋼模中壓
5制成外徑50mm，內(nèi)徑40mm，高度60mm軸套和外徑70mm，內(nèi)徑50mm，高度60mm軸承的粉末壓坯；將浸潤后的粉末壓坯至于熔融的硅液體中，侵潤3-4小時(shí)。侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5MPa的氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出工件，置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度2100°C，時(shí)間2-5小時(shí)。所得到的燒結(jié)體的密度為2.56g/cm3.硬度為HV1174。將上述材料制成滑動(dòng)軸承和軸承套安裝到臺(tái)架上試車，經(jīng)30分鐘的運(yùn)行后軸承表面的溫升從開始的17°C經(jīng)過11分鐘升到62°C，而后保持在62°C不再上升。而采用無壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷制作的軸承和軸承套運(yùn)行30分鐘后軸承的溫度升到478°C，導(dǎo)致金屬軸出現(xiàn)暗紅的氧化色。將上述材料制成的軸承和軸套置于氫氟酸液體中在25°C攪動(dòng)狀態(tài)下浸泡168小時(shí)，質(zhì)量損失0. 007%，表面硬度為到HV1172。實(shí)施例4取200目石墨粉300克，平均粒徑7微米的碳化硅粉700克，置于球磨罐中，加入碳化硅磨球占球磨罐體積的三分之一，同時(shí)加入35克質(zhì)量濃度為10%的的聚乙烯醇作為粘接劑，混合大約M小時(shí)，干燥破碎后過200目篩，所得到的粉料在鋼模中壓制成外徑 50mm,內(nèi)徑40mm，高度60mm軸套和外徑70mm，內(nèi)徑50mm，高度60mm軸承的粉末壓坯，壓力為150-200Mpa，置于裝有熔融硅液的反應(yīng)罐中侵潤。罐中施加IOMPa純度為99. 99%的氬氣氣壓。侵潤的時(shí)間為5小時(shí)。緩慢降壓至常壓后取出工件，置于氣壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1755°C，時(shí)間3小時(shí)，氣壓為2MPa。所得到的燒結(jié)體的密度為2. 67g/cm3.硬度為HV1210。將上述材料制成滑動(dòng)軸承和軸承套安裝到臺(tái)架上試車，經(jīng)30分鐘的運(yùn)行后軸承表面的溫升從開始的17V經(jīng)13分鐘升至71°C后穩(wěn)定在71°C不再上升。而采用無壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷制作的軸承和軸承套運(yùn)行 30分鐘后軸承的溫度升到467°C后抱死，同時(shí)導(dǎo)致金屬軸出現(xiàn)暗紅的氧化色。將上述材料制成的軸承和軸套置于氫氟酸液體中在25°C攪動(dòng)狀態(tài)下浸泡168小時(shí)，質(zhì)量損失0. 001%, 表面硬度為到HV1203。
權(quán)利要求
1.一種用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由 5-45份的石墨和55-95份的碳化硅組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由30份的石墨和70份的碳化硅組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料按體積份數(shù)比由5份的石墨和95份的碳化硅組成。
4.一種權(quán)利要求1所述用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟一、取基體粉末和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中基體粉末的體積份數(shù)為5-45份，基體粉末由石墨粉和活性炭粉任意比構(gòu)成，碳化硅粉的體積份數(shù)為50-90份，球磨罐中的磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為基體粉末和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12-24小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為100-200目；步驟二、在鋼模中壓制成軸承的粉末壓坯；步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤，侵潤時(shí)間為3-4小時(shí)，侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5-lOMPa的氬氣氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2100-2200°C，時(shí)間2-5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟四中的燒結(jié)爐為氣壓燒結(jié)爐，粉末壓坯在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)，氣壓燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為 2-IOMpaο
6.一種權(quán)利要求1所述用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟一、取基體粉末和硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合，其中基體粉末的體積份數(shù)為 5-45份，基體粉末由石墨粉和活性炭粉任意比構(gòu)成，硅粉的體積份數(shù)為5-35份，球磨罐中的磨球使用無壓燒結(jié)到碳化硅，混合前加入聚乙烯醇作為粘接劑，聚乙烯醇為質(zhì)量濃度為 10%的溶液，該溶液的質(zhì)量為基體粉末和碳化硅粉質(zhì)量之和的3% -4%，混合時(shí)間為12- 小時(shí)，取出干燥破碎成小顆粒過篩，篩的目數(shù)為100-200目；步驟二、在鋼模中壓制成軸承的粉末壓坯；步驟三、將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤，侵潤時(shí)間為3-4小時(shí)，侵潤過程中在熔融的硅液表面施加5-lOMPa的氬氣氣壓，侵潤過程結(jié)束后緩慢降壓至常壓，取出浸潤后的粉末壓坯；步驟四、將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2100-2200°C，時(shí)間2-5小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟四中的燒結(jié)爐為氣壓燒結(jié)爐，粉末壓坯在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)，氣壓燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為 2-IOMpaο
全文摘要
用于陶瓷滑動(dòng)軸承的復(fù)合材料及其制備方法，它涉及一種復(fù)合材料及其制備方法。解決目前陶瓷滑動(dòng)軸承不具備耐腐蝕、耐磨損，摩擦系數(shù)小且耐熱沖擊特點(diǎn)的問題。方案一所述復(fù)合材料按體積份數(shù)由5-45份的石墨和55-95份的碳化硅為組成；方案二取石墨粉、活性炭粉和碳化硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合；在鋼模中壓制成軸承的粉末壓坯；將粉末壓坯放在熔融的硅液體中浸潤；將粉末壓坯置于燒結(jié)爐中燒結(jié)；方案三與方案二的不同之處為取石墨粉、活性炭粉和硅粉在球磨罐中進(jìn)行均勻混合。本發(fā)明用于制造滑動(dòng)軸承。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102391000SQ20111022879
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者李文新, 李文輝 申請(qǐng)人:哈爾濱新輝特種陶瓷有限公司