中國粉體網訊 氮化硅陶瓷是一類重要的先進陶瓷材料,，具備耐高溫,、耐磨損,、低密度,、高強度、高硬度等優(yōu)異性能,，廣泛應用于機械工程,、航空航天、國防軍工,、半導體,、生物醫(yī)療等核心技術領域。其中，氮化硅陶瓷球作為一類細分產品在粉體研磨,、機械軸承等領域發(fā)揮著不可或缺的作用,。
圖片來源：威海圓環(huán)
目前國內制備的氮化硅大球（>8mm）技術相對成熟，與國外氮化硅制造強國間差距不那么大,，但是微珠方面尤其是<4mm的氮化硅微珠,，國內質量相對穩(wěn)定的生產廠家仍然稀缺。因此,，氮化硅微珠引起了政府及產業(yè)界的極大重視,，例如山東省工業(yè)和信息化廳便將氮化硅微珠列入《山東省重點新材料首批次應用示范指導目錄（2023年版）》，并提出具體要求：粒徑＜0.4mm,，密度＞3.2g/cm3,，維氏硬度＞1580，抗彎強度＞600MPa,，斷裂韌性＞7MPa·m1/2,。
01.哪些領域急需氮化硅微珠？
超細研磨
由于氮化硅陶瓷具備的高力學性能,、耐熱性能及化學穩(wěn)定性,，是結構陶瓷材料中綜合性能非常優(yōu)良的一類材料，所以其應用也非常之廣泛,，隨之而來的氮化硅粉體制備需求也越來越多,、越來越精細，研磨所用到的氮化硅微珠也隨之大幅增長,。
圖片來源：中材高新
例如,，近年來隨著國內新能源汽車及芯片的快速發(fā)展，氮化硅基板使用越來越多,，且對純度要求越來越高,，目前氮化硅球已逐步替代氧化鋯球成為半導體行業(yè)用氮化硅粉體精細研磨的主流研磨介質,。
軸承
軸承產業(yè)是國家基礎性戰(zhàn)略產業(yè),，軸承更是高端裝備核心基礎零部件，對國民經濟和國防建設起著重要支撐作用,。隨著科學技術的飛速進步,，滾動軸承的使用環(huán)境和應用條件越發(fā)苛刻，我國現(xiàn)有軸承鋼種已不能滿足或不能充分滿足主機對軸承的工業(yè)要求,。
典型軸承鋼與陶瓷材料性能對比
大量試驗研究表明,，工程陶瓷材料（氮化硅、碳化硅,、氧化鋯,、氧化鋁等）具有作為軸承基礎材料的優(yōu)良特性。其中，氮化硅是目前被認為最適合用來制造高性能滾動軸承的陶瓷材料,。
不同材質的軸承球
隨著精密加工及制造的迅速發(fā)展,，對軸承質量及精度的要求也越來越高，氮化硅微珠的需求量會不斷增加,。
02.氮化硅微珠的制備流程
1,、粉體制備
氮化硅粉體制備方法主要有四種：硅粉直接氮化反應法、二氧化硅碳熱還原法,、硅亞胺熱解法,、化學氣相沉積法。其中硅粉直接氮化反應法在工業(yè)生產中使用最多且最為成熟,，成本相對較低,。
2、粉體研磨
由于氮化硅硬度很高,，通常需要進行分級研磨（粗磨-精磨）以提升研磨效率和細度,。將氮化硅原粉與水1:1混合后加進添加10-20mm的氮化硅球滾筒球磨機中研磨48H，再進入填充1.0-1.2mm的氮化硅微珠的30L臥式棒銷砂磨機進行精磨24H,，研磨至D50小于0.4um,。將漿料裝入自動除鐵機除鐵后再添加粘結劑，調節(jié)漿料運動粘度在200-300mm2/s,。
3,、微珠成型
氮化硅球目前市場上最常用的工藝是壓制成型，壓制成型工藝較成熟但通常只適用于>4mm的氮化硅球的制備,。壓制成型容易形成表層剝離且其中間會形成一條突出腰帶,，需要利用金剛石磨機研磨7-10天，同心度較難精準控制,，后期加工較難,。
三種成型工藝，圖片來源：河源帝諾新材料有限公司
滾動成型是研磨介質行業(yè)里目前使用最普遍的一種成型工藝,。該技術具有設備和生產工藝簡單,、生產效率高、產品質量好的優(yōu)勢,，是一種適合于規(guī)�,；笊a的工藝技術。該法球坯間歇性粘粉層層長大模式對于粉體層間結合力,，粉體堆積致密度,，球坯強度有著極大要求，特別對于氮化硅這種塑性較差的粉體,，成型更加困難,，往往存在著球坯致密度差,、分層、包心,、不圓和裂紋等缺陷,。
滴定成型工藝是目前較新的一種陶瓷微珠制備成型工藝，主要用于制備0.05-3.0mm的微珠,。滴定成型可以很好地避免坯體分層包心引起的強度低的問題,，制備坯體內部結構均勻致密的坯體。
4,、微珠脫膠
氮化硅微珠在燒結前需要先真空脫膠,，避免坯體內的有機物及水分在燒結過程中揮發(fā)氧化、腐蝕燒結爐內的石墨爐膛,、匣缽及發(fā)熱棒,。在真空排膠爐里根據(jù)需要控制脫膠溫度600-1500℃，保溫2-6h,。
5,、燒結
氣壓燒結是目前工業(yè)生產氮化硅陶瓷使用最多的燒結方法，其最大的優(yōu)勢是可以以較低的成本制備性能較好,，并實現(xiàn)批量化生產,。因此，氮化硅微珠采用氣壓燒結是非常經濟且有效的,。
軸承用氮化硅陶瓷材料制備技術流程圖
熱等靜壓燒結是一種燒結工程陶瓷快速致密化的最有效方法,。該方法以氣體作為壓力介質，燒結過程中在產品的各個方向上施加同等壓力,，在高溫,、高壓作用下實現(xiàn)產品致密化。相比于其他燒結方式,，熱等靜壓燒結制品具有更理想的壓碎載荷比,、離散度和截面孔隙度，進而獲得更好的軸承組件硬度和斷裂韌性,。目前,，美國ORTECH、加拿大CYCLONE,、日本UBE等公司生產的氮化硅陶瓷球均采用熱等靜壓燒結方式,。而國內廠商受限于燒結過程中用于隔絕高溫／高壓氣體的包套的相關制備技術不成熟,，無法實現(xiàn)粉體在惡劣環(huán)境中的直接熱等靜壓燒結成型,，因而多采用氣壓燒結預成型后，再經熱等靜壓二次燒結處理,，該種燒結方式制得的陶瓷軸承組件與直接熱等靜壓成型相比,，其硬度和斷裂韌性等屬性均有所下降,。
6、微珠精磨
氮化硅微珠由于其超高的硬度,，表面處理加工工藝較為困難,，精磨時間較長，整圓精磨加工是在金剛石研磨底盤的整圓機中,，磨7-10天,，將微珠表面凹凸不平磨成表面平整光滑即可。磨削工作中需要不斷添加冷卻水,，防止氮化硅微珠發(fā)熱氧化,。
7、微珠拋光
氮化硅微珠在工業(yè)生產中多采用離心式滾筒拋光機,。每臺機器內裝有四個六棱形拋光桶,，拋光桶繞軸心公轉的同時也反向自轉，使其中物料形成強烈的剪切摩擦,，以達到快速拋光的效果,。每個拋光桶里按照微珠：水：拋光粉8：2：1的比例添加，拋光48H,。
小結
隨著精密制造業(yè)的快速發(fā)展,，氮化硅陶瓷應用越來越廣，高純氮化硅粉的精細研磨需要用到的研磨介質也越來越�,�,；還有高性能軸承，尤其是微型軸承的需求量越來越大,，對軸承用滾動體的要求也越來越高,，氮化硅微珠的重要性日益凸顯，因此,，重視其技術與產業(yè)發(fā)展對我國精密制造業(yè)的進一步突破具有重要意義,。
參考來源：
[1]黃印.氮化硅微珠的市場前景及其制備工藝流程.河源帝諾新材料有限公司
[2]張珂等.全陶瓷球軸承高性能制造研究進展
[3]中國粉體網
（中國粉體網編輯整理/山川）
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