烧结温度对氮化硅陶瓷球显微结构和力学性能的影响

张 晶，王文雪，孙 峰，刘 璐，董廷霞，张宝存

(1.中材高新氮化物陶瓷有限公司，淄博 255000；2.中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150025)

0 引 言

氮化硅陶瓷具有比重轻、强度高、耐磨损、电绝缘和自润滑等优异性能，是陶瓷轴承用滚动体的首选材料[1-3]。以氮化硅陶瓷球作为滚动体的陶瓷轴承特别适合在高速、高温、低扭矩、贫油润滑等工况条件下使用，比如用作精密机床高速电主轴轴承、风电轴承和航空航天轴承等[4-6]。氮化硅是强共价键化合物，自扩散系数很低，烧结驱动力不足，难以通过单纯的固相烧结来实现致密化，因此需要加入一定量的烧结助剂，借助液相烧结完成致密化过程[7]。氮化硅陶瓷的液相烧结原理是烧结助剂和氮化硅粉表面的SiO2反应形成液相，在液相的作用下经过颗粒重排、溶解-淀析和晶粒长大的过程达到致密化[8]。氮化硅陶瓷常用的液相烧结方法包括常压烧结、热压烧结和气压烧结等。氮化硅在1 700 ℃以后开始发生分解，为抑制氮化硅的分解，常压烧结通常采用埋粉的方式进行，但埋粉的作用有限，使得常压烧结的温度一般不能超过1 750 ℃，而且需要加入大量的烧结助剂来促进致密化，严重影响了制品的使用性能[9]。热压烧结是在液相和机械压力的双重作用下实现致密化，烧结温度较低，制品性能优异，但由于受到石墨模具的限制，只能用来生产形状简单的制品，而且产能较低[10]。气压烧结(GPS)依靠高压氮气(1～10 MPa)来抑制氮化硅的分解，能够将氮化硅陶瓷的烧结温度提高至1 900 ℃以上，解决了氮化硅陶瓷烧结过程中致密化和高温分解的矛盾，可以减少烧结助剂的加入量，提高制品的性能，适合于大批量生产[7-8]。……