本發(fā)明涉及一種陶瓷材質(zhì)的微彈簧材料的制備方法，特別是高硬度和高抗彎強度的微彈簧材料的制備方法。技術(shù)背景微彈簧是指螺旋外徑在1mm以下的彈簧。隨著現(xiàn)在科技的高速發(fā)展，微機電系統(tǒng)器件和微結(jié)構(gòu)尺寸也越來越小，當(dāng)彈簧材料螺旋外徑達(dá)到毫米級時，具有很強的尺度效應(yīng)，會造成其性能與宏觀材料的明顯不同，即使具有相同的成分和尺寸，不同的制備方法也會造成組織結(jié)構(gòu)不同，而使其性能差異明顯。傳統(tǒng)的彈簧以其結(jié)構(gòu)比較簡單、儲能比較大、彈簧特性參數(shù)調(diào)整范圍大等特點，而得到廣泛應(yīng)用，由于不同的彈簧產(chǎn)品用途和特點不同，其制造工藝及流程，如成形、熱處理、強化工藝、穩(wěn)定性工藝等也有很大的不同。但是這些技術(shù)應(yīng)用在微彈簧上，其效果也有很大的不同。目前微彈簧的主要技術(shù)是MEMS技術(shù)-微機械電子系統(tǒng)技術(shù)，但是諸如基于硅材料的MEMS技術(shù)生產(chǎn)的微彈簧其硬度不足以抵抗長期磨損，其接觸面易出現(xiàn)材料缺失或者產(chǎn)生小碎片(這些小碎片在較高的溫度下粘合引起器件阻塞)的現(xiàn)象。在高載荷作用下，常規(guī)的MEMS技術(shù)生產(chǎn)的微彈簧強度不夠，其結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)斷裂或屈服失效，另外，微彈簧結(jié)構(gòu)也會在一定的周期的交變應(yīng)力作用下出現(xiàn)疲勞，從而導(dǎo)致斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)。目前市場對于高強度微彈簧的生產(chǎn)有很大的需求，但是常規(guī)MEMS技術(shù)生產(chǎn)的微彈簧其硬度和抗彎強度極易出現(xiàn)失效現(xiàn)象。本發(fā)明主要是結(jié)合陶瓷金屬的特性，針對怎樣提高微彈簧的硬度和抗彎強度而發(fā)明的具有高強度和高抗彎強度的陶瓷微彈簧。同時本發(fā)明同樣也適用于制造普通彈簧。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種成本低，抗彎強度高且高硬度的陶瓷微彈簧材料的制備方法。本
發(fā)明內(nèi)容為：一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟:：①氮化硅材料制備為將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約10％-20％的還原鐵粉，置于管式爐中煅燒，升溫速率為6-8℃/min，保溫時間為2-4h，冷卻，收集固體顆粒；②陶瓷彈簧材料制備為取氮化硅材料20-40份，二氧化硅1-5份，氧化鋁40-50份，聚乙烯醇1-5份，混合，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀，隨后干燥12-36h，將干燥的材料裝入1500-2000℃的爐中燒結(jié)，時間為1-5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。優(yōu)選的，所述①氮化硅材料制備步驟中，將混合材料置于管式爐中充入氨氣氣體，1400-1600℃下煅燒。優(yōu)選的，所述②陶瓷彈簧材料制備步驟中根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀采用壓力為40Mpa，時間為5min。優(yōu)選的，所述①氮化硅材料制備為將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約10％-15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500-1600℃下煅燒，升溫速率為7-8℃/min，保溫時間為3-4h，冷卻，收集固體顆粒；優(yōu)選的，所述②陶瓷彈簧材料制備為取氮化硅材料20-30份，二氧化硅2-5份，氧化鋁45-50份，聚乙烯醇3-5份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24-36h，將干燥的試樣裝入1500-1800℃的爐中燒結(jié)，時間為3-5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。本發(fā)明提供一種成本低，抗彎強度高且高硬度的陶瓷微彈簧材料的制備方法，擺脫了現(xiàn)行微彈簧加工技術(shù)所述的材料及模具限制，創(chuàng)新性的使用陶瓷金屬材料作為原料，以其原料粉末高壓壓成相應(yīng)的微彈簧形狀，且大大提高了微彈簧產(chǎn)品的硬度和抗彎強度，具有較高的市場推廣前景和經(jīng)濟效益。具體實施方式實施例一一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1400℃下煅燒，升溫速率為6℃/min，保溫時間為2h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料20份，二氧化硅1份，氧化鋁40份，聚乙烯醇1份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥12h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結(jié)，時間為1h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例二一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約20％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料40份，二氧化硅5份，氧化鋁50份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入2000℃的爐中燒結(jié)，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例三一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為6℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料20份，二氧化硅5份，氧化鋁40份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥12h，將干燥的試樣裝入2000℃的爐中燒結(jié)，時間為1h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例四一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約20％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1400℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為2h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料40份，二氧化硅1份，氧化鋁50份，聚乙烯醇1份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結(jié)，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例五一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500℃下煅燒，升溫速率為7℃/min，保溫時間為3h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅3份，氧化鋁45份，聚乙烯醇3份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24h，將干燥的試樣裝入1700℃的爐中燒結(jié)，時間為3h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例六一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500℃下煅燒，升溫速率為7℃/min，保溫時間為3h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料20份，二氧化硅2份，氧化鋁45份，聚乙烯醇3份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結(jié)，時間為3h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例七一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅4份，氧化鋁50份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入1800℃的爐中燒結(jié)，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例八一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約10％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1600℃下煅燒，升溫速率為7℃/min，保溫時間為4h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅4份，氧化鋁45份，聚乙烯醇5份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥24h，將干燥的試樣裝入1800℃的爐中燒結(jié)，時間為3h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例九一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約15％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1500℃下煅燒，升溫速率為8℃/min，保溫時間為3h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料30份，二氧化硅2份，氧化鋁50份，聚乙烯醇3份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥36h，將干燥的試樣裝入1500℃的爐中燒結(jié)，時間為5h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。實施例十一種新型高硬度陶瓷微彈簧材料的制備方法，包括氮化硅材料制備及陶瓷彈簧材料制備兩個步驟，其中：1.氮化硅材料制備將硅粉和二氧化硅粉以摩爾比1：1混合，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占固體混合物總質(zhì)量約12％的還原鐵粉，置于管式爐中，在氨氣氣體，1550℃下煅燒，升溫速率為7.5℃/min，保溫時間為3.5h，冷卻，收集固體顆粒，備用。2.陶瓷彈簧材料制備取氮化硅材料25份，二氧化硅3份，氧化鋁47份，聚乙烯醇4份，混合在一起，根據(jù)需要壓制成相應(yīng)的微彈簧形狀(其中壓力為40Mpa，時間為5min)，隨后干燥30h，將干燥的試樣裝入1700℃的爐中燒結(jié)，時間為4h，得到高硬度陶瓷微彈簧材料。抗彎強度地測定：采用三點彎曲法測量實施例的抗彎強度，跨距為30mm，加載速率為10mm/min，負(fù)載為980N，計算公式如下：抗彎強度＝3*F*L/(2*b*h2)其中F實施例產(chǎn)品的斷裂載荷(N)；L為跨距(mm)；b為試樣的長度(mm)；h為試樣的直徑(mm)。表1抗彎強度測定結(jié)果(其中對照組為采用MEMS技術(shù)制備的鋁合金材質(zhì)微彈簧)。組別抗彎強度/Mpa對照組76.09±0.36實施例一76.74±0.05實施例二87.4±0.29實施例三87.64±0.14實施例四87.43±0.32實施例五82.02±0.3實施例六94.03±0.82實施例七95.4±0.08實施例八96.72±0.41實施例九96.68±0.35實施例十98.94±0.53從表1可以看出，本發(fā)明實施例產(chǎn)品的抗彎強度明顯高于基于MEMS技術(shù)制備的鋁合金材質(zhì)微彈簧。實施例硬度的測定：采用硬度計測得實施例的洛氏硬度HRA，先將實施例樣品在金剛石磨盤(金剛石磨盤分別為120、600、1200目)上拋光，然后在實施例表面用洛氏硬度計測量5點的硬度值，取5點的平均值即為實施例的硬度。表2硬度測定結(jié)果(其中對照組為采用MEMS技術(shù)制備的鋁合金材質(zhì)微彈簧)組別硬度/HRA對照組43.21±0.79實施例一73.29±1.57實施例二69.09±0.9實施例三78.49±0.91實施例四79.55±1.03實施例五81.63±1.86實施例六85.9±1.4實施例七84.96±0.62實施例八86.51±1.35實施例九87.26±1.96實施例十88.51±0.8從表2可以看出，本發(fā)明實施例產(chǎn)品的硬度明顯高于基于MEMS技術(shù)制備的鋁合金材質(zhì)微彈簧。當(dāng)前第1頁1 2 3