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碳氮化钛基陶瓷轴承材料
    (一)技术领域

    本发明涉及到工程材料，尤其是用于制造陶瓷轴承套圈的Ti(C，N)基陶瓷材料。

    (二)背景技术

    轴承作为非常重要的机械基础件，广泛应用科技和经济的各个领域。随着科学技术的发展，在一些高科技领域和某些特殊工作环境下工作的机器对轴承的要求越来越高，普通的轴承钢材料已经不能满足需求。开发和寻求新的轴承材料对促进科技进步和经济发展具有非常重要的意义。

    当前研究和应用的陶瓷轴承，按其材料的不同构成分为：混合式陶瓷轴承和全陶瓷轴承。混合式陶瓷轴承的材料构成为：1、滚动体用陶瓷材料制成，内、外套圈用轴承钢；2、滚动体和作旋转运动的轴承内圈用陶瓷材料，外圈用轴承钢。全陶瓷轴承材料的构成为，滚动体和轴承内、外圈均用陶瓷材料制成。陶瓷轴承发明以来陶瓷轴承的研究重点集中在混合陶瓷轴承(指第一类混合陶瓷轴承：滚动体为陶瓷材料，轴承内、外套圈材料为轴承钢)。混合陶瓷轴承的生产加工技术已较成熟，在国内、外一些公司(如NSK、FAG、SNFA等)已经实现了全尺寸系列的商品化生产。混合陶瓷轴承，已经在许多应用领域发挥了非常重要的作用。全陶瓷轴承由于技术难度较大，目前仍处于试验、研究、开发阶段。

    陶瓷轴承材料的性能，是影响陶瓷轴承质量的最主要、最关键的因素。陶瓷轴承发明三十年来，氧化铝、碳化硅、氧化锆、氮化硅结构陶瓷材料都相继用于制作陶瓷轴承。试验、研究表明在这些结构陶瓷材料中，自增韧氮化硅陶瓷材料由于具有较高的抗弯强度、断裂韧性，以及由其制成地轴承的失效形式是疲劳剥落，而被认为是制造轴承滚动体较理想的陶瓷材料。对于陶瓷轴承套圈材料，目前仍把氮化硅陶瓷材料作为主要研究对象。但是氮化硅陶瓷材料，用于制造陶瓷轴承套圈还存在以下几方面的问题，制约了该材料的推广应用：

    1、材料的抗弯强度、断裂韧性较低；

    2、材料的热膨胀系数与钢悬殊过大，在较高的温度下工作会造成套圈拉断；

    3、材料不导电、硬度偏高，加工困难，套圈加工成本很高。

    (三)发明内容

    本发明的目的是，提供一种具有良好的机械、物理、化学性能和较好的加工工艺性能的、材料资源丰富的，适合制造陶瓷轴承套圈的陶瓷材料。

    其基本构思是利用多种资源丰富的金属和粉末原料，采用液相烧结工艺通过合理调整体系中材料组分的含量，提高材料的抗弯强度、断裂韧性，适当降低材料的硬度，获得具有良好显微结构的适合制造陶瓷轴承套圈的致密材料。该材料由Ti(C，N)-Ni-Co-Mo2C-Cr3C2以及Ti(C，N)-Ni-Co-Mo-C-Cr3C2材料体系构成。

    Ti(C，N)-Ni-Co-Mo2C-Cr3C2材料体系的组分组成为(重量比)：

    Ni 3.0-10％，Co 3.0-10％，Mo2C 0.6-16％，Cr3C2 0.6-6％，其余为Ti(C，N)；

    最佳材料配比为(重量比)：

    Ni 3.5％，Co 6.5％，Mo2C 0.8-10％，Cr3C2 1.2％，其余为Ti(C，N)。

    Ti(C，N)-Ni-Co-Mo-C-Cr3C2材料体系的组分组成为(重量比)：

    Ni 3.0-10％，Co 3.0-10％，Mo 0.54-14.4％，C 0.06-1.6％，Cr3C20.6-6％，其余为Ti(C，N)。

    最佳材料配比为(重量比)：

    Ni 3.5％，Co 6.5％，Mo 0.72-9％，C 0.08-1％，Cr3C2 1.2％，其余为Ti(C，N)。

    该陶瓷材料具有良好的摩擦磨损特性、耐腐蚀性、高温特性及抗弯强度、断裂韧性。可采用多种液相烧结工艺加工制备，具有可加工性能，生产成本低。其原材料来源广、易得到，是制造陶瓷轴承的良好材料。

    (四)实施例：

    按实施例附表中所列的组成成份配料后，与适量的乙醇混合球磨40小时，再经干燥、过筛、装料，采用氩气保护，热压烧结制成坯体。材料制备烧结工艺为：烧结温度1480℃，保温时间30min，保压压力30MPa，烧成后随冷却至室温。所制备碳氮化钛基陶瓷轴承材料的主要力学性能见实施例附表。制成的材料经过电火花线切割、内外圆磨削、沟道磨削、沟道精研后，得到符合精度要求的陶瓷轴承套圈，与陶瓷球装配后研制成功了P0精度等级6205 TiCN(套圈)/Si3N4(滚动球)全陶瓷轴承，该陶瓷轴承具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。

    实施例附表1                     组成成份(重量比)                  力学性能  NiCoMo2CCr3C2 Ti(C0.7N0.3)  硬度HV  (GPa)  断裂韧性  KIC(MPa.m1/2) 抗弯强度 (MPa) 3.5％6.5％0.8％1.2％    88％  14.7±0.2    14.1±0.8 925.5±50 3.5％6.5％1.6％2.4％    86％  18.4±0.2    13.9±0.8 650.0±50 3.5％6.5％8.0％2.4％    79.6％  19.3±0.2    11.9±0.8 910.0±50 3.5％6.5％16.0％2.4％    71.6％  18.9±0.2    12.0±0.8 600.0±50

    实施例附表2                     组成成份(重量比)                    力学性能 NiCoMoC  Cr3C2  Ti(C0.7N0.3)  硬度HV  (GPa)    断裂韧性    KIC(MPa.m1/2)  抗弯强度  (MPa) 3.5％6.5％0.72％0.08％  1.2％    88％  14.0±0.2    15.1±0.8  915.5±50 3.5％6.5％1.44％0.16％  2.4％    86％  18.0±0.2    13.5±0.8  660.0±50 3.5％6.5％7.20％0.80％  2.4％    79.6％  19.5±0.2    10.9±0.8  900.0±50 3.5％6.5％14.4％1.60％  2.4％    71.6％  18.5±0.2    12.5±0.8  670.0±50