氮化硅陶瓷球
氮化硅陶瓷
由于氮化硅陶瓷脆性大，而金属材料具有优良的室温强度和延展性， 所以将氮化硅陶瓷和金属材料结合，可以制造出满足要求的复杂构件。
其他氮化物结构陶瓷
氮化铝（AlN）陶瓷 熔点：2450℃
•
AlN陶瓷具有高导热性、高强度、高 Leabharlann 热性；机械性能好，耐腐蚀，透光性强
等； • 可以作为散热片；熔融金属用 坩埚、保护管、耐热转等；
来，晶须补强陶瓷基复合材料也一直是人们研究的热点，并取得了不少积
极的研究成果，其中SiC晶须是复合材料中主要应用的晶须，研究发现
Si3N4经SiC晶须强化可大大提高强度和韧性
层状结构复合增韧
近年来，国内外学者从生物界得到启示：贝壳具有的层状结构可以产 生较大的韧性。目前，国内外已有人开始了层状复合材料的探索性研究。 Sajgalik等研究了不同显微结构或不同组成材料构成的多层Si3N4基复合材 料，发现多层材料的强度及韧性都较单相材料高，并表现出准塑性现象； 郭海制备了高韧性的层状Si3N4基复合材料，主层内加入一定量的SiC晶须， 产生两级增韧效果，层状氮化硅陶瓷的断裂韧性显著提高。
•
特别是作为耐热砖应用时，因其
在特殊气氛中的耐热性能优异，所以 常用作2000℃左右的非氧化性电炉的
AlN陶瓷基板-LED用高热导氮 化铝材料
衬材材料。
氮化硼（BN）陶瓷
氮化硼陶瓷是一种以氮化硼为主的陶瓷。具有优良的电绝缘性、 耐热性、耐腐蚀性。高导热性，能吸收中子，高温润滑性和机械加
工性好，是发展较快，应用较广的一种氮化物陶瓷。
TiN还具有良好的导电性，常用作熔盐电解的电极材料。还具有较
高的超导临界温度，是一种优良的超导材料。
15 16
• 化学稳定性：硅氮共价键结合，键能很高，生成焓很高， 形成稳定的化合物（抗氧化性，抗腐蚀性）
氮化硅陶瓷行业界定及分类
氮化硅陶瓷行业界定及分类
氮化硅陶瓷是一种特殊陶瓷材料，由硅和氮元素组成，具有良好的高温机械强度、高硬度、耐腐蚀性和绝缘性能等特点。
根据其用途和性质，氮化硅陶瓷可以被分为以下几个类别：
1. 结构陶瓷：氮化硅陶瓷在高温下具有优异的机械强度和耐磨性能，因此广泛应用于结构材料领域，如机械零部件、衬板、切割工具等。
2. 电子陶瓷：由于氮化硅陶瓷具有高绝缘性和低损耗特点，被广泛应用于电子行业，如半导体材料、高压绝缘体、电子线路基板等。
3. 光学陶瓷：氮化硅陶瓷具有良好的光学性能，如高透明度、低散射等，因此可以用于制备光学器件，如镜片、透镜、光纤等。
4. 化学陶瓷：氮化硅陶瓷耐腐蚀性好，可以承受酸碱腐蚀环境，因此在化学工业中被广泛应用，如反应容器、管道、阀门等。
综上所述，氮化硅陶瓷可以根据其用途和性质进行不同的分类。
制作氮化硅陶瓷微珠的生产工艺[发明专利]
![制作氮化硅陶瓷微珠的生产工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2700bbc6f71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a27aa.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710048636.7(22)申请日 2017.01.23(71)申请人 威海圆环先进陶瓷有限公司地址 264200 山东省威海市临港区汪疃镇驻地-32号(72)发明人 于利学 李正闯 于娜 倪赫隆 (74)专利代理机构 威海科星专利事务所 37202代理人 鲍光明(51)Int.Cl.C04B 35/584(2006.01)C04B 35/622(2006.01)C04B 35/64(2006.01)B24B 1/00(2006.01)C09K 3/14(2006.01)(54)发明名称制作氮化硅陶瓷微珠的生产工艺(57)摘要本发明涉及一种制作氮化硅陶瓷微珠的生产工艺，属于粉体研磨领域。
其特征在于：陶瓷原料的制备按照质量百分比，由如下组分组成：β-Si 3N 4为70—90%，AL 2O 3为5—12%，Y 2O 3为0.1—5%，TiN为0.1—8%，粘合剂PVA4.8—5%；在同一个转盘中将粘合剂PVA注入陶瓷原料，利用粘合剂PVA在陶瓷原料中成球并固化，直接成型致密的粒径在0.1—3mm的坯珠；对填入海绵中的坯珠进行冷等静压；将冷等静压后的坯珠置于脱胶炉中完成脱胶工序；氮气气氛置于坩埚中烧结，生产陶瓷微珠坯球；将所得陶瓷微珠坯球进行研磨和抛光生产陶瓷微珠。
权利要求书2页 说明书5页CN 106747473 A 2017.05.31C N 106747473A1.一种制作氮化硅陶瓷微珠的生产工艺，其特征在于：1）陶瓷原料的制备：将陶瓷原料过120目筛后，按照比例配成浆料混合均匀，置于砂磨机中球磨7h，经过喷雾造粒干燥后过筛；其中，所述的陶瓷原料按照质量百分比，由如下组分组成：β-Si3N4 70%—90%AL2O3 5—12%Y2O3 0.1—5%TiN 0.1—8%粘合剂PVA 4.8—5%；2）注浆滚动成型：采用“行星式”旋转装置，在同一个转盘中将粘合剂PVA注入陶瓷原料，利用粘合剂PVA在陶瓷原料中成球并固化，直接成型致密的粒径在0.1—3mm的坯珠；3）冷等静压：在200兆帕压力下，对填入海绵中的坯珠进行冷等静压，时间2-10分钟；4）脱胶工序：将冷等静压后的坯珠置于脱胶炉中，升温至1200℃时逐渐降温至室温，其中在450℃—1100℃之间保温1小时，12小时可以完成脱胶工序；5）烧结：氮气气氛中，将所得坯珠置于坩埚中，以15℃/min的升温速度至1750℃，其中在1500℃—1750℃保温2-6小时，停止加热，冷却至室温，生产陶瓷微珠坯球；其中氮气流速为2L/min；6）研磨抛光：将所得陶瓷微珠坯球进行研磨和抛光生产陶瓷微珠，陶瓷微珠的球度不超过0.08微米，表面粗糙度不超过0.008微米。
氮化硅圆球-概述说明以及解释
氮化硅圆球-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氮化硅圆球是一种新型的材料。
它由氮化硅制成，具有球形的外形，通常呈现出均匀的颜色和光亮的表面。
相比于其他常见的材料，氮化硅圆球具有许多独特的性质和应用潜力。
首先，氮化硅圆球具有出色的物理性质。
它具有高硬度、高熔点和优异的抗腐蚀性能，能够在极端条件下保持稳定。
这使得氮化硅圆球具备了广泛的应用领域，例如在高温和酸碱环境下的耐磨件、化学反应容器和防腐蚀涂层等领域都有着潜在的应用前景。
其次，氮化硅圆球还具有良好的光学特性。
它在可见光和紫外线区域具有优秀的透明性，几乎不吸收光线。
这使得氮化硅圆球在光学器件、光学窗口和光纤通信等领域发挥了重要作用。
此外，由于其高熔点和耐高温性能，氮化硅圆球还被广泛应用于高温照明和太阳能光伏系统等领域。
另外，氮化硅圆球还具有优异的导热性能。
这使得氮化硅圆球成为散热材料的理想选择，特别是在高功率电子器件和LED照明中的应用。
其导热性能优于传统的金属或聚合物材料，有效地提高了器件的散热效果和工作稳定性。
总的来说，氮化硅圆球作为一种新兴材料，在多个领域展现出了广阔的应用前景。
它的优异物理、光学和导热性能使其成为许多行业中的重要材料。
随着科技的不断进步，我们对氮化硅圆球的研究和应用将会进一步深入，为人类创造更多的技术创新和进步。
1.2文章结构文章结构：本文将围绕氮化硅圆球展开介绍和讨论。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将从概述、文章结构和目的三个方面进行介绍。
首先，我们会简要概述氮化硅圆球的基本特征和应用领域。
随后，我们会详细介绍本文的文章结构，以帮助读者了解整篇文章的组织和内容安排。
最后，我们会明确本文的目的，即通过对氮化硅圆球的研究和分析，探索其在材料科学和相关领域中的潜在应用。
正文部分将围绕两个要点展开讨论。
第一个要点将重点介绍氮化硅圆球的制备方法和相关研究进展。
我们将介绍不同制备方法的原理和优缺点，并探讨不同条件下对氮化硅圆球形貌和结构的影响。
氮化硅陶瓷球
氮化硅陶瓷球氮化硅球：制作陶瓷球的常用材料为氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）、氧化铝（Al2O3）和氧化锆（ZrO2）。
在这四种陶瓷材料轴承球中，Si3N4的综合性能最好。
Si3N4具备耐高温、耐腐蚀、电绝缘、无磁性、高强度、密度小等性能。
本部门自制高纯、超细Si3N4粉，采用近净尺寸成型方法、GPS-HIP组合工艺，制造出的陶瓷球不仅材质优良，而且毛坯球形好，大大降低了磨加工成本，缩短了加工周期，从过去的几百小时缩短到目前的几十小时。
并探索出陶瓷球磨加工的一整套成熟工艺，建立了完整的陶瓷球生产线，现已可以大批量生产各规格陶瓷球，精度可达G5级，部分规格可达G3级。
陶瓷球常用规格规格(直径) 规格（直径）in mm in mm1/32 0.794 11/32 8.7310.800 3/8 9.5251.000 7/16 11.1121/16 1.588 31/64 12.3033/32 2.381 1/2 12.7005/32 3.969 17/32 13.4943/16 4.763 9/16 14.2887/32 5.556 19/32 15.08115/64 5.953 5/8 15.8751/4 6.350 3/4 19.05017/64 6.747 1 25.4009/32 7.144 1 1/4 31.755/16 7.938 1 11/16 42.863上为常用规格,本所也可根据客户需求生产直径0.8mm～57.15mm的氮化硅球。
陶瓷球精度等级(GB308-2002 ISO3290-1998)等级球直径变动量( um) 球形误差( um) 表面粗糙度(Ra,um)3 0.08 0.08 0.0105 0.13 0.13 0.01410 0.25 0.25 0.02016 0.40 0.40 0.02520 0.50 0.50 0.03224 0.60 0.60 0.04028 0.70 0.70 0.05040 1.00 1.00 0.06060 1.50 1.50 0.080氮化硅陶瓷球是在非氧化气氛中高温烧结的精密陶瓷，具有高强度,高耐磨性,耐高温,耐腐蚀，耐酸、碱、可在海水中长期使用，并具有绝电绝磁的良好性能。
陶瓷轴承氧化锆和氮化硅的区别
陶瓷轴承氧化锆和氮化硅的区别氧化锆是白色的，一般做法是内外圈和球用氧化锆，保持架用PTFE 的（即是铁氟龙），尼龙的其中一种叫法，这样组合的话可以耐温度不超过240 度，但如果要求耐温度超过240度至400 度之间的话，就必须要用氧化锆满球的（即是不用保持架，整个用氧化锆的），这样的话可以耐温度400度左右。
氮化硅是黑色的，一般做法是内外圈和球用氮化硅，保持架用PTFE 的（即是铁氟龙），尼龙的其中一种叫法，这样组合的话也是耐温度不超过240 度（因为PTFE 本身是尼龙，所以产品中有这个材料的话耐温度就不会超过240 度的，但如果要求耐温度很高超过400度以上的话（要求耐温度240度至400度之间的可以选用氧化锆满球的），就要选用氮化硅满球的了，氮化硅满球的最高可以耐温度1200度。
而且氮化硅耐腐蚀和耐磨性比氧化锆的要好很多，但是氮化硅的价钱比较贵，比氧化锆的要贵很多。
所以如果有客户询陶瓷轴承的，一定要先了解客户使用环境是不是腐蚀很大和耐温度很高的，要了解清楚才可以正确地介绍客户选用什么样材料的陶瓷轴承。
现在厂家做的陶瓷轴承一般采用内外圈和球是氧化锆，保持架是PTFE 的做法，这样组合的材质价钱比较适中，很多客户要求耐温度不高的都可以用的。
氮化硅陶瓷球的用途及特点
氮化硅陶瓷球的用途及特点说到氮化硅陶瓷球，可能大家会觉得这名字听起来有点拗口，像是科学课上会碰到的生僻词汇。
不过，别担心，今天我们就来聊聊这个“神奇小球”的用途和特点，让你轻松搞懂它到底有啥用处，为什么大家都在追捧它！1. 氮化硅陶瓷球是什么？1.1 基本概念氮化硅陶瓷球，其实就是用氮化硅这种材料做成的小球。
这种材料可不是随便的，氮化硅的强度和硬度都很出众，简直可以和超人比肩。
大家知道，陶瓷材料本身就很硬，但氮化硅更是把硬度推向了极限，做成的球就像个小铁拳，硬得让人惊叹！1.2 性能特点除了硬度以外，氮化硅还有个不为人知的特点，就是它的耐高温性。
嘿，听起来就像是个火焰战士，能在高温环境下也能安然无恙。
不管是机械加工还是一些高温气体的处理，氮化硅陶瓷球都能轻松应对。
真是个能耐啊，别说是熬煮的锅了，就算是熬油的炸锅，它也能搞定！2. 氮化硅陶瓷球的用途2.1 工业领域首先，氮化硅陶瓷球在工业领域可谓是个“明星”。
比如说，在轴承制造中，它的应用让整个转动过程如丝般顺滑，摩擦力小得惊人，简直就是工厂里的“静音天使”。
想象一下，工厂里机器轰鸣，如果没有这些小球，大家都得听着“咯吱咯吱”的声音，活像在参加摇滚演唱会！2.2 电子产品其次，在电子产品中，氮化硅陶瓷球的身影也随处可见。
它能有效隔绝电流，确保电子设备的稳定性。
简单来说，就是给电子产品穿了一层“防护衣”，让它们在运行时不容易出错。
像是手机里的小元件，如果没有它的保驾护航，哪能那么“淡定”地完成各种任务？3. 氮化硅陶瓷球的优点3.1 耐磨性强说到氮化硅陶瓷球的优点，首先得提的就是它的耐磨性。
要知道，在各种高强度摩擦的环境下，这小球能挺过来，简直就是个耐磨小能手。
就像是个运动员，不怕风雨，时刻准备迎接挑战，真是让人刮目相看！3.2 轻便而强韧其次，这小球的轻便也让人觉得意外。
虽然它硬得吓人，但轻巧得让你一捏就能握住，轻松自如。
就像是你手中的一颗小弹珠，看似平常，却拥有不容小觑的力量。
氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究_吕冰海
第28卷第5期摩擦学学报V o.l28 N o.5 2008年9月T ri b ology Sept.2008氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究吕冰海,袁巨龙,戴 勇(湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,湖南长沙 410082)摘要:为掌握不同研磨条件下氮化硅(Si3N4)陶瓷球表面的磨损形式,在球 盘式磨损实验装置上,采用不同载荷及磨料粒度和浓度的碳化硼(B4C)磨料进行了磨损实验.通过显微镜观察陶瓷球表面确定其磨损形式,并绘制了磨损形式与载荷及磨料浓度的关系图.研究发现磨损形式与磨粒粒径关系不大;载荷较大或磨粒浓度较低时氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.建立了磨损 接触刚度理论公式,计算确定了实验条件下氮化硅陶瓷球磨损形式的转换点数值为20. 接触刚度小于20时,氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.由此可预测不同研磨条件下氮化硅陶瓷球的磨损形式.关键词:氮化硅陶瓷球;研磨;磨损形式;二体磨损;三体磨损中图分类号: 文献标志码:A文章编号:1004 0595(2008)05 0416 06氮化硅陶瓷球以其高硬度、高弹性模量、低密度、低摩擦系数、耐磨、化学性能和热学性能稳定[1 2]等性能,被认为是高速、高精度轴承滚动体的理想材料.目前,氮化硅陶瓷球主要采用研磨方法加工,通过球坯、研磨盘以及磨料的相互作用实现材料去除.陶瓷球的机械研磨过程实际上就是球坯材料的磨料磨损过程.材料去除与磨损形式有关,有学者[3 7]在氮化硅陶瓷球研磨过程中观察到了不同的磨损形式,其磨损形式直接决定了陶瓷球表面材料的去除机理、加工效率和表面质量.但其磨损形式与加工条件之间的关系尚不十分明晰,因此,有必要对氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式进行深入研究,以期为掌握其研磨加工过程中的材料去除过程、改进加工工艺提供实验和理论分析的依据.本文采用球 盘式磨损实验装置,对单颗氮化硅陶瓷球在不同磨料粒度、磨料浓度和压力条件下的表面磨损形式进行了研究,分析了加工条件与球面磨损形式的关系,并对其磨损形式的转变条件进行了讨论.1 磨料磨损形式目前,磨料磨损按照是否存在第三体磨料来划分二体磨损和三体磨损.按照系统分析的方法,磨损系统中的被磨损材料通常被称为第一体,与其配副的材料称为第二体,第三体是指存在于第一体和第二体之间的磨料.针对氮化硅陶瓷球的研磨加工而言,第一体是指氮化硅陶瓷球坯,第二体指研磨盘,第三体指的是磨料.近年来的研究对二体磨损、三体磨损作如下定义[9]:当第三体(磨料)约束较强,对第一体(工件)表面进行切削或犁耕而使之形成方向性很强的磨损痕迹[如图1(a)[10]所示]时,称为二体磨损(这时的 二体指的是第一体与第三体)或犁沟磨损(groov i n g w ear);当第三体约束较弱,在第一体与第二体之间滚动旋转或时滚时滑,使第一体表面形成方向性较差或无方向性的磨损痕迹[如图1(b)[10]所示]时,称为三体磨损或滚动磨料磨损(ro lling abrasive w ear).2 氮化硅陶瓷球磨损形式的试验研究2.1 试验过程图2所示为本研究中采用的材料磨损形式试验装置示意图.在载荷作用下,陶瓷球被夹持于加载轴与研磨盘之间,随着铸铁盘的转动在原处滚动,这与实际研磨过程中陶瓷球的接触状态类似.研磨液通过浇注管进入陶瓷球-铸铁盘接触区域.表1所列为实验中所用的氮化硅陶瓷球和铸铁研磨盘的机械性能,氮化硅陶瓷球质量等级为G10级,直径为 5mm.实验参数水平设置与氮化硅陶瓷基金项目:国家自然科学基金资助项目(50705028).收稿日期:2008 01 28;修回日期:2008 08 04/联系人吕冰海,e m ai:l l u bt@s ohu.co m 作者简介:吕冰海,男,1978年生,博士,讲师,目前从事超精密加工技术及装备研究.F i g 1 SE M i m age o f typ i ca l t wo body (a)and three body wear surface (b)[10]图1 典型二体磨损(a)和三体磨损(b)试件的SE M 图像[10]球实际研磨过程中精研工艺相近.采用以碳化硼(B 4C)磨料的水基研磨液,磨料粒度为W 20、W 7和F i g 2 Schem atic ill ustrati on of dev i ce f o rceram ic ba llw ear test图2 陶瓷球磨损试验装置的结构示意图表1 试验所用S i 3N 4球和铸铁盘的机械特性T ab le 1 M echan ica l p rop erties of S i 3N 4ball andlapp i ng p late e mp loyed in exper i m en tPara m eters S i 3N 4ball C ast i ron plat e D ens i ty /(kg !m -3)32007400~7700H ardness /HV 1500230~250Young ∀s m odu l us /GPa310113~157Poisson ∀s ratio 0.260.23~0.27Comp ress i on strengt h /M Pa>3500Bend strengt h /M Pa 600>175Su rface roughness /Ra20nmW 3.5.实验过程中,载荷分别取0.5N 、1N 、1.5N 、2N,研磨液中磨粒的浓度(重量比)分别取5w %t 、10w %t 、15w %t 、20w %t 、25w %t 、30w %t .陶瓷球 研磨盘接触点与研磨盘转轴的距离为100mm,研磨盘转速为20r/m i n .每组实验进行0.5h,用光学显微镜观察实验后陶瓷球的表面,以确定氮化硅陶瓷球的主要磨损形式.2.2 试验结果通过对实验后陶瓷球表面的观测,发现在不同的实验参数条件下,陶瓷球表面的材料去除形式分别为二体去除形式、三体去除形式和混合去除形式(兼有二体与三体的特征).图3(a)、(b)、(c)分别Fig 3 Three types o f abrasion surface observed w ith optica l te lescope (400#)图3 显微镜下陶瓷球表面材料的三种去除形式(#400)为氮化硅陶瓷球在载荷1N 、W 20B 4C 、磨料浓度分别为5w %t 、15w %t 、10w %t 的实验条件下,实验后陶417第5期吕冰海等: 氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究瓷球表面的显微镜图像.由图可见,陶瓷球表面的磨损痕迹可明显地分为三类:图3(a)所示的陶瓷球表面磨损痕迹呈平行沟槽状分布,这是由嵌入研磨盘的磨粒对球坯表面的微切削或刻划作用产生;图3(b)所示的磨损痕迹无明显方向性,表面有许多凹坑,这是磨粒在研磨盘的支撑下滚过球坯表面的结果;图3(c)所示的磨损痕迹显示了前述两者的综合特征,是磨粒在球坯表面时滚时划的作用结果.为确定不同实验条件下,陶瓷球表面不同的磨损形式,以磨料浓度为横坐标,以实验载荷为纵坐标,将光学显微镜观察到的结果绘制成磨损形式图,如图4所示.图4(a)、(b )、(c)分别为B 4C 磨料粒Fig 4 Abrasi o n m odes under d ifferent load and abrasive concentration w ith grit size W 20,W 7and W 3.5图4 采用不同粒度B 4C 磨料时不同载荷、磨粒浓度下的氮化硅陶瓷球表面磨损形式图度为W 20、W 7和W 3.5时所得到的磨损形式图.由图4(a)可见,当载荷较大或磨粒浓度较低时表现为二体形式去除,当载荷较小或磨粒浓度较高时表现为三体形式去除,当载荷和研磨液浓度适中时表现为混合形式去除.其原因是当载荷较大或磨粒浓度较低时,球坯与研磨盘的接触区内单颗磨粒所受载荷较大,磨粒切入研磨盘和球坯的深度较大,也就是说磨粒受到的约束较大,于是对球坯表面的作用以磨粒的刻划为主,表现为二体磨损的去除形式;反之,当载荷较小或磨粒浓度较大时,接触区内单颗磨粒上的载荷较小,磨粒切入深度小,所受约束小,更容易在球坯与研磨盘之间滚动,因此,表面材料以三体磨损形式去除.通过对比不同磨粒力度条件下得到的磨损形式图4(a)、(b)、(c),可见不同磨料粒度情况下,磨损形式分布与载荷、磨粒浓度的关系是基本一致的.也就是说,材料去除形式可能与磨料粒度的关系不大.这一问题将在后文中讨论.3 氮化硅陶瓷球表面磨损形式的转变条件在磨料磨损体系中,二体磨损可以看作三体磨损的特例,当第三体的约束增强到一定程度时,三体418摩 擦 学 学 报第28卷磨损转变为二体磨损.本节将采用力学模型分析氮化硅陶瓷球表面材料磨损形式的转变条件.W illia m s 与H yncica [11]认为,三体磨损向二体磨损的转变是由接触区内磨粒的运动由滚动向滑动的转变而造成的,并在此基础上提出了磨粒运动的二维模型,发现磨损形式转变时D /h 值也处于转折点,其值为1.74.这里D 表示磨粒长轴,h 表示两表面的距离(如图5所示).不难理解,当D 一定时,hF i g 5 2D m ode l for abrasive w ear i n R e.f [10]图5 文献[10]中理想化的磨料磨损二维模型越小表示磨粒切入越深,表现为二体磨损形式,h 越大表示磨粒切入越浅,表现为三体磨损形式;当h 一定时,D 越大说明磨粒切入越深,表现为二体磨损形式,D 越小说明磨粒切入越浅,表现为三体磨损形式.因此,D /h 的值越大,二体磨损形式越明显,反之,三体磨损形式越明显.对此模型分析有:h =D -2P D (1H b +1H d )=D -2PDH(1)式中,P 是单颗磨粒所受的载荷;H b 和H d 分别为球坯和磨盘的硬度.H ∃等效硬度,由下式计算:1H ∃=1H b +1H d(2)假设,球坯 磨盘接触区域的磨料浓度与研磨液的浓度成正比,则球坯 磨盘磨损作用区域面积A 内的磨料总数N gr 为:N gr =k ACD2(3)式中,C 是研磨液中的磨料浓度,k 是比例常数.因此,每颗磨料所承受的载荷即为:P gr = WD 2k AC(4)其中,W 是球坯上施加的总载荷.将式(4)代入式(1)有:h =则有:D /h =D /D 1-2W k AC H ∃=11-2W /k AC H ∃(6)可见,磨粒滚动和滑动之间转变值D /h 只与(W /AC H ∃)有关,磨损形式的转变发生在无量纲数(D /h )的特定值下,因此,K.Adachi 等人[8]用一个无量纲数表示磨损形式,这一无量纲数用S 表示,称之为 接触刚度 (severity of contact),其计算公式如下:S =W AC H ∃(7)也就是说,除了磨损副本身的材料特性外,磨粒磨损形式主要取决于外加载荷和磨料浓度,与磨料的粒度无关.这也就解释了本文所绘得的图4(a)、(b)、(c)中,陶瓷球表面磨损形式分布规律基本一致的现象.K.Adac h i 等人[8]认为磨损形式与接触刚度阙值S *和研磨盘与球坯的硬度比(H d /H b )有关,三体磨损的条件由经验公式给出:S =W AC H ∃%q H d H bl=S *(8)其中q ,l 为实验常数,S *即磨损形式转折点.可以将以上分析应用于陶瓷球表面材料去除形式的转变条件.4 陶瓷球材料去除形式的确定这里采用上面的理论来计算实验条件下氮化硅陶瓷球表面材料磨损,二体形式和三体形式的转换点.假定球与盘的宏观变形为弹性,在磨料作用面积A (如图6所示)内球坯和研磨盘的距离小于磨粒F ig 6 Ball lapp i ng d i sk gr its contacti ng model (a)and l oca lm agn ifi cation (b)图6 球坯、研磨盘和磨粒的接触模型(a)及其局部放大图(b)直径,则A 可由下式计算[8]:A = a ∃= (a 2+2r b D )(9)其中,r b 为球坯半径,a 为赫兹接触面积半径:a =(0.75W rb /E ∃)1/3(10)419第5期吕冰海等: 氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究其中,E ∃为等效杨氏模量:1/E ∃=(1 v 12)/E 1+(1-v 22)/E 2(11)v 1、v 2为两种接触材料的泊松比,E 1和E 2为两种材料的弹性磨料.根据表1所列的参数可计算不同浓度和压力条件下的 接触刚度 .计算过程中,研磨盘铸铁材料的力学性能参数均取中间值进行计算.本实验中的S 值计算结果列于表2(采用显微硬度计算).对照表2和图4可以得到,采用B 4C 磨料表2 本研究中 接触刚度 S 的值T ab le 2 Severity of con tact calcu l ated in this studyLoad /N Concen trati on ,w t %51015202530296.148.0532.03424.02519.22*16.017*1.572.18136.09124.06118.045*14.436*12.03*148.224.10016.067*12.05*9.64*8.033*0.524.14712.074*8.049*6.037*4.829*4.025**:indicates that t he do m i nate w earm ode of t he S i 3N 4ball s u rface i s three body w ear . *:表示陶瓷球表面以三体磨损形式为主.研磨氮化硅陶瓷球时,接触刚度阙值S *约为20,即当研磨过程中,采用式(7)计算得到 接触刚度 S <20时,陶瓷球表面表现为三体磨损,而当得到的S >20时,则表现为二体磨损.由数值拟合的方法可以得出q &0.0076,l &-0.49.由图4(a)、(b)、(c)可见,三体形式与二体形式有明显的界限,混合形式情况并不多.这种现象可以解释为磨粒运动状态由滚动向滑动的转变,一旦部分磨粒开始滚动,球坯与研磨盘之间的距离将增大,D /h 值随之减小,使得更多的磨粒开始滚动.而磨粒的运动状态显然与加工参数(载荷、磨粒浓度等)有关.5 结论a . 氮化硅陶瓷球在研磨过程中表面材料的磨损形式(即材料去除形式)与载荷及磨料浓度有关,与磨粒大小关系不大.当载荷较大或磨粒浓度较低时氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,在载荷较小或磨粒浓度较高时则产生三体磨损,当载荷和研磨液浓度中等时为混合磨损.b. 采用K.Adachi 等人提出的方法计算了实验中不同条件下B 4C 磨料研磨氮化硅陶瓷球时的 接触刚度 S ,发现当S <20时氮化硅陶瓷球表面为三体磨损,当S >20时为二体磨损,当S &20时为混合磨损.由此判断,在本实验中氮化硅陶瓷球材料去除形式由三体转变为二体的转折点处的 接触刚度 约为20.基本上可以用来预测实际加工过程中陶瓷球材料的去除形式,为了解陶瓷球研磨过程中的材料去除机理和建立适合的材料去除模型提供依据.参考文献:[1] W ang L ,Sn i d l e R W,Gu L .Rolli ng contact sili con n itri de beari ng technology :a rev i e w of recen t res earch [J ].W ear ,2000,246:159 173.[2] Katz R N.C era m ic beari ngs :rolli ng along[J ].Cera m i c Industry .1999,149:23 24.[3] Stolars k iT A,T obe S .The eff ect of accelerated m aterial re m ovalon roundn ess and resi dual stress es i n cera m ic 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sho w s the e ffect of l o ad and concentrati o n o f abrasi v e on the wear mode under different g rit size ,w as dra w ed .The grit size has little effect on the w ear m ode ,and t h e w ear mode changed fro m three body abrasion to t w o body abrasi o n w ith an increase in load or a decrease in the concen trati o n .The transition po i n t o fw ear m ode wh ich can t h en used to predict the w ear m ode i n lapp i n g process o f silicon nitride ba l,l w as identified by a deduced for m u la to repreasent the severity of contac,t and the value o f the transition point calcu lated under experi m enta l cond iti o ns i n t h is study is 20.K ey w ords :S ilicon n itri d e ba lls ,Lapp i n g ,W ear m ode ,Tw o body abrasion,Three body abrasi o n Aut hor :L U B ing ha,i m ale ,born in 1978,Ph .D.,lecturer ,e m ai:l l u b@t sohu .co m421第5期吕冰海等: 氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究。
氮化硅陶瓷化学式-概述说明以及解释
氮化硅陶瓷化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述氮化硅陶瓷是一种重要的无机陶瓷材料，其化学式为Si3N4。
由于其特殊的化学结构和多种优异的性质，氮化硅陶瓷在许多领域都具有广泛应用的前景。
氮化硅陶瓷具有高熔点、高硬度、低热膨胀系数和优异的化学稳定性等特点，使其能够在高温、酸碱和腐蚀等恶劣环境下保持稳定性能。
此外，氮化硅陶瓷还具有良好的机械强度和优异的热导性能，使其在高温、高压和磨损等极端条件下表现出卓越的性能。
氮化硅陶瓷的制备方法主要包括热处理、化学气相沉积、烧结等多种技术。
这些制备方法的选择取决于所需氮化硅陶瓷的性质和应用领域的要求。
目前，研究人员正不断改进氮化硅陶瓷的制备方法，以提高其制备效率和性能。
氮化硅陶瓷在诸多领域具有广泛的应用前景。
在电子领域，氮化硅陶瓷可以用于制作高温、高功率和高频率电子器件。
在能源领域，氮化硅陶瓷可以用于制备先进的燃料电池和太阳能电池等器件。
此外，氮化硅陶瓷还可以应用于航空航天、化工、机械制造等领域，为这些领域的技术发展提供长久稳定的支撑。
展望未来，随着科技的不断进步和研究的深入，我们有理由相信氮化硅陶瓷将在更多领域展现其潜力和价值。
然而，同时也需要克服氮化硅陶瓷制备过程中的一些问题和挑战，提高其性能和降低制备成本，以更好地满足实际应用的需求。
总之，氮化硅陶瓷作为一种重要的无机陶瓷材料，具有许多独特的性质和广泛的应用前景。
在科学家和工程师的不懈努力下，相信氮化硅陶瓷将在各个领域发挥重要作用，促进社会的进步和发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第一部分是引言部分，主要包括概述、文章结构以及目的。
在概述中，将介绍氮化硅陶瓷的一般情况，包括其化学式、性质和制备方法。
文章结构部分将呈现本文的组织结构，为读者提供整体的了解。
而在目的部分，将阐明本文的研究目的和意义。
第二部分是正文，将分为三个小节。
第一小节将详细介绍氮化硅的化学式，解释其组成和结构。
氮化硅陶瓷概述
总结词
氮化硅陶瓷在航空航天领域中主要用于制造高温部件和结构 件，如燃烧室、喷嘴、涡轮等。
详细描述
由于氮化硅陶瓷具有出色的高温稳定性和抗氧化性能，因此 在航空航天领域中广泛应用于制造各种高温部件和结构件。 例如，氮化硅陶瓷燃烧室能够承受极高的温度和压力，从而 提高航空发动机的效率和可靠性。
汽车工业
总结词
氮化硅陶瓷概述
目 录
• 氮化硅陶瓷的定义与特性 • 氮化硅陶瓷的制备方法 • 氮化硅陶瓷的应用领域 • 氮化硅陶瓷的发展前景与挑战
01 氮化硅陶瓷的定义与特性
定义
01
氮化硅陶瓷是一种无机非金属材 料，由硅和氮元素以化学键结合 而成。
02
它具有高硬度、高强度、低热膨 胀系数等特点，被广泛应用于高 温、耐磨、耐腐蚀等极端环境下 的应用。
物理特性
01
02
03பைடு நூலகம்
高硬度
氮化硅陶瓷的硬度仅次于 金刚石和碳化硅，具有极 佳的耐磨性和耐划痕性。
高温稳定性
在高温下仍能保持优良的 力学性能和稳定性，可在 高达1200℃以上的高温环 境下长期使用。
低热膨胀系数
氮化硅陶瓷的热膨胀系数 接近于零，因此具有优良 的热稳定性，能够适应温 度变化较大的工作环境。
面临的挑战
高成本
氮化硅陶瓷的制备工艺复 杂，成本较高，限制了其 在一些领域的广泛应用。
性能稳定性
氮化硅陶瓷的力学性能和 热稳定性有待进一步提高， 以满足某些极端条件下的 应用需求。
生产规模
目前氮化硅陶瓷的生产规 模相对较小，难以满足大 规模市场需求，需要进一 步扩大生产规模。
未来研究方向
性能提升
溶胶-凝胶法
总结词
2024年氮化硅陶瓷市场分析现状
2024年氮化硅陶瓷市场分析现状概览氮化硅陶瓷，又称Si3N4陶瓷，是一种高性能陶瓷材料。
由于其卓越的物理和化学性质，氮化硅陶瓷在多个领域中得到广泛应用。
本文将对氮化硅陶瓷市场的现状进行分析，包括市场规模、市场驱动因素以及主要应用领域。
市场规模氮化硅陶瓷市场在过去几年中保持了稳定的增长。
据市场研究机构的数据显示，2019年全球氮化硅陶瓷市场规模达到XX亿美元。
预计到2025年，市场规模将增加至XX亿美元，年复合增长率为XX%。
市场驱动因素氮化硅陶瓷市场的增长主要受到以下几个因素的驱动：1. 高温应用需求增加氮化硅陶瓷具有出色的高温稳定性和耐腐蚀性能，因此在高温应用领域需求不断增加。
例如，在航天、汽车制造和航空发动机等领域，氮化硅陶瓷被广泛应用于高温部件和耐磨损零件。
2. 电子行业需求推动随着电子行业的快速发展，对高性能陶瓷材料的需求也在增加。
氮化硅陶瓷具有优异的绝缘性能和导热性能，适合用于电子元件的绝缘基底、热敏元件等。
3. 机械工业需求扩大氮化硅陶瓷具有优异的力学性能和耐磨损性能，因此在机械工业领域得到广泛应用。
例如，在轴承、切削工具和阀门等领域，氮化硅陶瓷能够提供更长的使用寿命和更好的性能。
4. 新兴应用领域的发展随着技术的进步和新兴行业的崛起，氮化硅陶瓷在新能源、光伏和生物医药等领域也得到广泛应用。
例如，在太阳能电池、生物传感器和人工关节等领域，氮化硅陶瓷可以提供优异的性能，并满足特定的要求。
主要应用领域氮化硅陶瓷在多个领域中有广泛的应用。
以下是几个主要应用领域的介绍：1. 汽车工业氮化硅陶瓷在汽车工业中的应用越来越广泛。
它可以用于汽车发动机的高温部件、气门和缸套等零部件，以提供更好的耐磨损性能和高温稳定性能。
2. 航天航空在航天和航空领域，氮化硅陶瓷被广泛应用于高温部件和耐磨损零件。
例如，火箭发动机喷嘴、航空发动机的涡轮叶片和燃烧室等部件都可以采用氮化硅陶瓷制造，以满足极端环境下的要求。
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氮化硅陶瓷球
氮化硅陶瓷球的生产
目前陶瓷轴承的制造难点和价格因素都集中在陶瓷球的生产工艺方面。
国外，60-70年代就开始研究陶瓷轴承。
这一时期，美国Norton公司是热压Si3N4(牌号NC-132)毛坯材料的主要制造商，热压法受生产工艺的限制，只能生产出圆片状的Si3N4毛坯料，需要用
金刚石锯片将片状的毛坯料切割成方块料，再经金刚石砂轮磨削成近似球面的多面体材料，使用钢球粗磨机、粗研机、精研机按钢球生产工艺加工成精度在
G16左右的陶瓷球。
Si3N4陶瓷属超硬、耐磨材料，只能用金刚石等少数几种昂贵磨料才能切割、磨削。
可想而知，将热压氮化硅（HPSN）材料做成陶瓷球，其成本之高，是一般应用所不能接受的。
80年代，气压烧结技术(GPS)，热等静压(HIP)技术在陶瓷生产工艺上日趋成熟。
将Si3N4素坯做成球体再烧结，克服了热压Si3N4的一系列缺点，Si3N4陶瓷球的成本大幅度降低，使得陶瓷球轴承在轴承行业自身使用的电主轴磨头上广泛应用，并逐渐扩展到机床主轴、牙钻等一些高速高精度领域。
然而，现行技术生产陶瓷球毛坯其形状还不是完整的球形，一般都是具有环带的近似球形或是带有平头的类球体，其加工成本自然较高。
本公司自制高纯、超细Si3N4粉，采用近净尺寸成型方法、GPS-HIP组合工艺，制造出的陶瓷球不仅材质优良，而且球形好，大大降低了磨加工成本，缩短了加工周期，从过去的几百小时缩短到目前的几十小时。
并探索出陶瓷球磨加工的一整套成熟工艺，建立完整的陶瓷球生产线，现已可以大批量生产各规格精度达G5级的陶瓷精球，部分规格球精度已可达G3级。