图5 为新开发的自旋控制型研球机组成。图6 为球研磨装置简图。表2 为装置的技术参数。
3.3在工艺流程中常用的烧结助剂
4氮化硅陶瓷材料在实际中的应用
Si3N4 陶瓷是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损；除氢氟酸外,它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强,高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂[9]。 氮化硅陶瓷的优异性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值。因而使它在许多领域得到应用并有许多潜在的用途。在机械工业中，用作涡轮叶片、高温轴承、高速切削工具等；在冶金工业中，用作坩埚、燃烧嘴、铝电解槽衬里等热工设备上的部件；在化学工业中用作耐蚀耐磨零件，如球阀、泵体、燃烧器汽化器等；在半导体、航空航天、原子能工业上用作薄膜电容器、高温绝缘体、雷达天线罩、原子反应堆中的支承件和隔离体、核裂变物质的载体等[10]。以下是Si3N4 陶瓷的主要应用。
4.1氮化硅陶瓷轴承
陶瓷材料可以改善轴承的性能, 扩大轴承在高温和腐蚀环境中的使用范围,虽然氮化硅在工业陶瓷中不是最硬的, 韧性也不是最高的, 但在轴承应用中, 氮化硅被认为具有最佳的综合力学特性。各种各样的滚动接触剥落试验和轴承试验都证明致密和均质的氮化硅是具有良好的抗滚动接触疲劳特性[11]。氮化硅陶瓷轴承球具有密度低、耐磨、耐高温、耐腐蚀、绝缘、绝磁及自润滑性能好等优点，具有更好的滚动特性，特别适合于制造陶瓷球混合轴承的滚动体。密度低，降低了作用在外沟道上的离心力，从而延长了轴承的寿命；高耐磨性，使其表面粗糙度优于钢球，产生的振动、摩擦力和噪声降低，
滚动接触疲劳寿命明显提高。基于以上优点，氮化硅陶瓷轴承球广泛应用于高速电机主轴、精密机床、化工泵、电子产品、电加工设备及冶金等领域。氮化硅陶瓷球轴承有两种: 一种是滚珠( 球) 为陶瓷材料，内外圈仍为轴承钢制造，称为混合式球轴承; 另一种是滚珠和内外圈都为陶瓷材料，称为全陶瓷球轴承[12]。通常用于制造陶瓷球轴承的陶瓷材料为热压Si3N4[13]。
氮化硅陶瓷球轴承与钢轴承相比较其优良性能及应用为:
(1)轴承钢超过120℃时硬度要降低, 而陶瓷在800℃时, 强度、硬度几乎不变, 所以陶瓷轴承可以用于炉膛等高温设备中传递装置的轴承。
(2)陶瓷的密度为3.25g/cm, 比轴承钢7.8 g/cm的密度要低得多。所以陶瓷滚动体能有效抑制高速转动产生的离心力, 降低滚动体载荷。同时可以减少滚动体与滚道面之间的旋转滑动, 对防止表面损伤起到有益的作用。因此, 陶瓷轴承是用于高速运转领域的最佳选择,例如高速电主轴轴承、机床主轴轴承、牙钻轴承、高速磨头轴承、仪表用轴承、硬盘驱动器轴承等。
(3) Si3N4陶瓷的热膨胀系数为3*10-6/K, 而轴承钢为12*10-6/K, 几乎相差1/4, 所以陶瓷轴承用在温度变化的环境中更为稳定可靠, 例如航空、航天领域用的轴承。
(4) Si3N4陶瓷的硬度比轴承钢高一倍, 弹性模量高约1/3, 相同载荷的条件下,
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解Si3N4陶瓷的弹性变形小, 所以使用了Si3N4陶瓷轴承的机床主轴的加工中心具
有良好的加工精度。
(5)化工机械设备、食品、海洋等部门使用的机器, 采用陶瓷轴承可以解决腐蚀问题, 如水泵轴承。
(6)在高真空领域, 利用Si3N4陶瓷的自润滑性可以解决钢质轴承使用栖滑介质造成的真空污染, 如真空环境轴承。
(7)强磁场环境使钢质轴承自身磨损下来的金属微粉被牢牢地吸附在滚动体和滚道面之间, 将造成轴承的提早剥落损坏和噪声的增大。解决的办法也是使用陶瓷轴承
[13]
。
陶瓷轴承的研究还需要在以下几方面进一步探索： 一是研究适应范围更宽、润滑条件更恶劣条件下陶瓷轴承的滚动接触性能；二是研究陶瓷轴承相关部件的结构配合设计，以及加工的可靠性和经济性； 三是陶瓷轴承相关部件无损检测方法和破坏预测的技术； 四是制定陶瓷轴承的检验标准。
此外，采用陶瓷轴承还可以解决化工机械设备、食品、海洋等部门机器腐蚀问题。在高真空领域，利用Si3N4陶瓷的自润滑性可以解决钢质轴承使用润滑介质造成的真空污染