一种陶瓷复合材料轴承及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116006583A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310061007.3F16C33/34(2006.01)(22)申请日2023.01.17B24B1/00(2006.01)B24B19/06(2006.01)(66)本国优先权数据202211495289.X2022.11.26CN(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路(72)发明人付志强穆阳阳陈翔刘持栋成来飞(74)专利代理机构西安凯多思知识产权代理事务所(普通合伙)61290专利代理师王鲜凯(51)Int.Cl.F16C33/58(2006.01)F16C33/62(2006.01)F16C33/64(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种陶瓷复合材料轴承及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种陶瓷复合材料轴承及其制备方法，轴承的内外环为连续纤维增强的陶瓷复合材料一体化设计与制备，采用编织纤维布缠绕至外环和内环模具外表面得到预制体，在纤维预制体的表面依次沉积界面层和陶瓷基体。通过轴承内外环和陶瓷滚子的热、物理相容性匹配设计，获得了耐高温、高韧性、高耐磨等综合性能的陶瓷复合材料轴承。轴承结构简单，无需支撑架、防尘盖和润滑脂等附件。本发明还公开了上述轴承的制备方法。采用本制备方法可以实现较大尺寸陶瓷轴承的制备，并可显著提升轴承在高温、复杂载荷环境下的抗冲击能力。CN116006583ACN116006583A权利要求书1/2页1.一种陶瓷复合材料轴承，其特征在于：轴承内环(4)和外环(1)采用连续纤维增强的陶瓷复合材料，且内环(4)外侧和外环(1)的内测设有沟槽的环形件；两个沟槽合为一体且内设有滚子(2)；所述滚子(2)采用块体纯陶瓷材料；所述轴承内环和外环为一体化结构；所述轴承内环(4)的侧边设有内环填装口(3)，外环(1)的侧边设有外环填装口(5)，两个填装口形成一个装填滚子(2)的圆形孔洞。2.根据权利要求1所述陶瓷复合材料轴承，其特征在于：所述连续纤维增强的陶瓷复合材料中的纤维包括但不限于：碳化硅纤维或碳纤维；所述陶瓷包括但不限于：碳化硅或氮化硅。3.根据权利要求1所述陶瓷复合材料轴承，其特征在于：所述块体纯陶瓷包括但不限于：氮化硅、碳化硅、氧化锆或氮化硼。4.根据权利要求1所述陶瓷复合材料轴承，其特征在于：所述滚子为球滚子，或者为圆柱滚子。5.一种制备权利要求1～4任一项所述陶瓷复合材料轴承的方法，其特征在于步骤如下：步骤1、模具设计与制造：采用电极石墨或高强石墨，按照轴承的外环的内型面加工出圆柱形的模具坯料，按照轴承的内环的内型面加工出圆柱形的模具坯料；将模具坯料芯部加工去除，形成壁厚为2‑5mm的圆筒；沿圆柱面的法向加工直径为3‑8mm通气孔，通气孔间距为12‑30mm，制得外环和外环的模具；步骤2、连续纤维预制体制备：将编织纤维布缠绕至外环模具外表面，将编织纤维布缠绕至内环模具外表面，并采用碳纤维或碳化硅纤维作为缝合线，对缠绕在内型模具上的编织纤维布进行缝合，制得外环和内环预制体；所述界面层厚度为100‑600nm；所述界面层材料是热解碳或氮化硼；所述陶瓷基体为碳化硅或氮化硅；步骤3、纤维预制体致密化与加工：采用化学气相沉积法，在纤维预制体的表面依次沉积界面层和陶瓷基体，然后将模具去除；加工至设计尺寸，得到陶瓷复合材料内环和外环；步骤4、沟槽抛光：采用金刚石磨头对内环和外环的沟槽进行磨削加工，磨削加工时，在磨头和沟槽表面涂敷金刚石研磨膏，分别进行粗抛、半精抛和精抛加工。步骤5、轴承装配：将轴承的内外环固定在定心工装上，使得内环和外环同轴，且两端面平齐；调整内外环的周向角度，使得填装口对齐；依次将滚子通过填装口塞入；将装填滚子后的轴承从工装上取下，制得陶瓷复合材料轴承。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述热解碳界面层的制备过程为：于压力为100‑2000Pa条件下，升温至800‑1000℃，保温5‑8h后，通入丙烯和氢气的混合气体，沉积5‑18h后，继续保温1‑2h，降温至室温；再在真空条件下，于1800‑1950℃热处理20‑30h；其中，丙烯和氢气的流量比为1：1‑5；循环执行1‑3次。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述氮化硼界面层的制备过程为：于压力为50‑1000Pa条件下，升温至600‑900℃，保温3‑5h后，通入氩气、氢气、氨气和三氯化硼混合气体，沉积5‑12h后，继续保温1‑2h，降温至室温；其中，氩气、氢气、氨气和三氯化硼的流量2CN116006583A权利要求书2/2页比为1：4‑6：2‑8：2‑8；循环执行1‑3次。8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述陶瓷基体为碳化