项目名称: 多尺度强韧化氮化硅基陶瓷球的制备与超精密加工研究

项目编号: No.U1401247

项目类型: 联合基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 管理科学

项目作者: 林华泰

作者单位: 广东工业大学

项目金额: 241万元

中文摘要: 高性能轴承用氮化硅陶瓷球是高端装备制造的重要基础件之一,其制造技术制约了我国高端装备制造的发展。本项目研究了高性能轴承专用高强韧氮化硅基陶瓷球的制备研究。首先,基于β相自增韧、晶界设计和纳米复合结构设计,利用放电等离子烧结制备多尺度强韧化氮化硅基陶瓷。然后,提出实现氮化硅基陶瓷球的控形控性超精密加工的新理论和新方法:基于三点共球面全包络成球原理的球体控形加工方法和陶瓷球无损伤表面半固着化学机械控性磨削方法。通过理论分析、实验研究和数值模拟,揭示陶瓷球高效超精密加工所遵循的主要规律,建立高精度、高性能、高一致性超精密加工的理论和技术体系。最后,建立陶瓷球性能评价和寿命预测体系,揭示材料微观结构-陶瓷宏观性能-陶瓷球使役性能的内在关系,以期优化陶瓷球稳定性。本项目的开展对提升我国高速高精度滚动轴承球制造技术水平,解决我国重大装备制造对高性能轴承需求的瓶颈问题具有重要意义。

中文关键词: 氮化硅基陶瓷球;多尺度强韧化机制;放电等离子烧结;超精密加工;;可靠性评估

英文摘要: High performance silicon nitride bearing ball is one of the key components for high end equipment, and the lack of its manufacturing technologies hindered the development of manufacturing capability of high end equipment in our country. In this project, the manufacturing science of high strength, high toughness silicon nitride based ceramic ball is proposed for high performance bearing. Silicon nitride based ceramic bearing ball would be manufactured via spark plasma sintering process based on scientific approaches of β-phase self-toughening, grain boundary design and nano-composite structure design, multi scaled strengthening and toughening mechanisms. A novel shape and performance controlled ultraprecision machining theory and method for high performance ceramic bearing ball would be then proposed. This method includes an novel ball shape-controlled machining method based on ball shaping principle with whole sphere-enveloped by three points and the performance controlled semi-fixed chemical grinding method for ceramic ball with ultraprecision, smooth, and damage-free finished surface. Through theoretical analysis, experimental study, and numerical simulation, the key mechanisms of high efficiency ultraprecision machining for ceramic ball are developed; the high precision, high performance, and high consistency ultra precision machining theory and technology framework are established; and innovative achievements will be obtained. The establishment of methodology and system of mechanical reliability and performance evaluation and life prediction of ceramic bearing ball would be achieved, and the relationship among microstructure-mechanical properties-operation performance of the ball are revealed, especially to optimize the stability of the bearing ball. This project is very critical to improve high precision, high performance bearing ball manufacturing technologies, and address the bottleneck issue of key equipment manufacturing due to requirements for highly reliable bearing system of China.

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