论文部分内容阅读
工程陶瓷材料具有优良的物理、机械性能,其在轴承这一类重要基础零部件中的应用已趋于成熟,尤其是氮化硅(Si3N4),使用最为广泛。但是,由于受到制备工艺、原料和烧结助剂等因素的影响,轴承用Si3N4陶瓷材料常表现出性能不稳定、所制备的滚动体疲劳寿命短和可靠性差等特点。因此本研究选择Si3N4材料为研究对象,提出优化组织结构和性能的技术途径,以期为提升陶瓷滚动体的质量提供技术支撑。通过对Si3N4陶瓷球进行的滚动接触疲劳试验,分析了存在的问题,并用扫描电镜进行了显微形貌观察,同时对比研究了Si3N4和氧化铝(A1203)、氧化锆(Zr02)、轴承钢的滚动接触疲劳性能。结果表明,试验中所用的Si3N4陶瓷球存在疲劳寿命普遍较短且离散性大的问题。Si3N4陶瓷球疲劳失效的原因主要是晶界相偏析产生的缺陷；原料中的杂质和混料不均都会导致晶界相偏析的形成。在不同材料的对比试验中,Al2O3、ZrO2和轴承钢表现出的疲劳性能都不如Si3N4。将Sialon引入到轴承用陶瓷材料中,研究了原料纯度和Sialon相的引入对Si3N4材料性能和显微结构的影响,并用含有Sialon相的Si3N4陶瓷制备的球体进行了滚动接触疲劳试验。结果表明,利用Sialon陶瓷烧结时吸收晶界相的原理,随着烧结助剂中A1203含量的降低和A1N含量的升高,Sialon相增加、显微结构中晶界相含量逐渐减少,晶界相偏析程度减弱,从而有助于陶瓷球滚动接触疲劳性能的提高。随着Sialon相含量的增加,对于原料纯度较高的Si3N4材料,长柱状晶粒的含量逐渐降低,尺寸逐渐增大,长径比逐渐降低,材料压碎载荷出现降低,弯曲强度逐渐降低,硬度(HV10)和弹性模量逐渐升高；对于原料纯度较低的Si3N4材料,弯曲强度逐渐降低,硬度和弹性模量升高到一定程度后出现降低趋势。原料纯度较低的Si3N4材料其强度普遍低于原料纯度较高的Si3N4材料,且其显微结构中出现了异常长大的晶粒。材料弯曲强度和压碎载荷的Weibull模数差异较大。用力学和滚动接触疲劳性能最优的Si3N4材料制备的陶瓷球与国外陶瓷球产品在疲劳寿命方面未表现出较大差异,诺顿陶瓷球的磨损性能较好,本研究中制备的陶瓷球次之,东芝陶瓷球较差。