一种主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件及其制备方法和应用与流程

本发明属于陶瓷材料领域，涉及一种主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、掘进机是一种用于隧道挖掘的高精尖技术装备，可一次性完成掘进、出渣、衬砌等功能，且具有高效、高质、安全系数高等优势，被广泛应用于高山丘陵、海底隧道等诸多隧道工程建设。主轴承作为“掘进机的心脏”，主要承受掘进机在掘进时所产生的大推力、大偏载、大扭矩、高冲击、强时变载荷，由于掘进机的工作情况为只能前进不能后退，一旦主轴承在掘进过程中发生损坏，将会产生极大的财产损失，因此，主轴承的运行状态和寿命也决定了掘进机的工作情况和整体寿命。

2、隔离滚动体单元是主轴承的“关键薄弱点”，目前传统的主轴承隔离滚动体单元只有金属实体或钢焊铜实体单元，金属实体单元在使用过程中易磨损性能不稳定，极易造成结构断裂等现象，而钢焊铜实体单元自重占比高，强度低韧性不足，当掘进机主轴承在极端工况工作时，隔离滚动体单元会早期疲劳失效。因此，开发一种低密度高强度的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件来解决现有技术中存在的问题是非常重要的。

技术实现思路

1、本发明提供了一种主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，该滚动体密度低、自重占比低、超高强度等特性。

2、本发明还提供了一种主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件的制备方法，该方法可以成功制备上述主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件。

3、本发明还提供一种掘进机主轴承，由于该掘进机主轴承包括上述主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，因此，可以适应不同的复杂运转工况类型。

4、第一方面，本发明提供一种主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，包括：若干层层叠设置的金属陶瓷层，所述金属陶瓷层由陶瓷基体材料和增强材料复合而成，所述增强材料包括tib晶须；

5、且满足以下式1至式3：

6、2500 kg/m3≤m≤3000 kg/m3             式1，

7、1800 hv≤n≤2500 hv                 式2，

8、950 mpa≤p≤1000 mpa                式3，

9、其中，m为所述主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件的密度，n为主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件的硬度，p为所述主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件在25-30℃下的屈服强度。

10、作为一种可选的实施方式，还满足以下式4和式5：

11、16 mpa·m1/2≤r≤17 mpa·m1/2           式4，

12、2·10-6/k≤t≤3·10-6/k                 式5，

13、其中，r为所述主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件的断裂韧性，t为所述主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件的热膨胀系数。

14、作为一种可选的实施方式，所述tib晶须为纳米级。

15、作为一种可选的实施方式，陶瓷基体材料包括氧化铝、氮化硅、氮化硅、氧化锆中的一种或几种的复合材料。

16、作为一种可选的实施方式，金属陶瓷层中，增强材料占比为2-3vol.％。

17、作为一种可选的实施方式，所述金属陶瓷层的厚度为0.5-20μm。

18、第二方面，本发明提供一种上述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件的制备方法，包括以下步骤：

19、1)将包含陶瓷基体材料和tib颗粒的一次物料依次进行搅拌处理、喷雾造粒处理，获得二次物料；

20、2)所述二次物料和粘合剂混合，进行搅拌处理获得三次物料；

21、3)将所述三次物料制成若干膜片，然后把这些膜片层叠在一起进行真空热压处理，获得烧结前体；

22、4)所述烧结前体以6-10℃/min的升温速率进行升温至600-800℃，保温时间4-6h，获得所述主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件。

23、作为一种可选的实施方式，步骤4)中，所述烧结前体以6-10℃/min的升温速率进行升温至400-500℃，保温时间2-3h，再以6-10℃/min的升温速率进行升温至600-800℃，保温时间2-3h。

24、作为一种可选的实施方式，所述二次物料的粒径≤2μm。

25、第三方面，本发明提供一种掘进机主轴承，上述第二方面的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件。

26、本发明所提供的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件具有密度低、自重占比低、超高强度等特性，用于掘进机，可以在不同的复杂运转工况下保证主轴承的安全性和可靠性。

技术特征：

1.一种主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，其特征在于，包括：若干层层叠设置的金属陶瓷层，所述金属陶瓷层由陶瓷基体材料和增强材料复合而成，所述增强材料包括tib晶须；

2.根据权利要求1所述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，其特征在于，还满足以下式4和式5：

3.根据权利要求1或2所述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，其特征在于，所述tib晶须为纳米级。

4.根据权利要求1或2所述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，其特征在于，陶瓷基体材料包括氧化铝、氮化硅、氮化硅、氧化锆中的一种或几种的复合材料。

5.根据权利要求1或2所述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，其特征在于，金属陶瓷层中，增强材料占比为2-3vol.％。

6.根据权利要求1或2所述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件，其特征在于，所述金属陶瓷层的厚度为0.5-20μm。

7.一种如权利要求1-6任一所述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述烧结前体以6-10℃/min的升温速率进行升温至400-500℃，保温时间2-3h，再以6-10℃/min的升温速率进行升温至600-800℃，保温时间2-3h。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述二次物料的粒径≤2μm。

10.一种掘进机主轴承，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件。

技术总结本发明提供一种主轴承隔离滚动体金属陶瓷制件及其制备方法和应用，该金属陶瓷制件包括若干层层叠设置的金属陶瓷层，所述金属陶瓷层由陶瓷基体材料和增强材料复合而成，所述增强材料包括TiB晶须；且满足以下式1至式3：2500Kg/m<supgt;3</supgt;≤M≤3000Kg/m<supgt;3</supgt;式1，1800HV≤N≤2500HV式2，950MPa≤P≤1000MPa式3，其中，M为所述金属陶瓷制件的密度，N为所述金属陶瓷制件的硬度，P为所述金属陶瓷制件在25‑30℃下的屈服强度。本发明所提供的金属陶瓷制具有密度低、自重占比低、超高强度等特性，用于掘进机主轴承，可以在不同的复杂运转工况下保证主轴承在掘进机工程应用上的安全性和可靠性。技术研发人员：麻成标,马建阳,郑欣利,陈浩林,李正祥受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11