一种高精度氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种高精度氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用 (High-precision silicon nitride ceramic microsphere and preparation method and application thereof ) 是由 张伟儒 公平 徐金梦 王文雪 孙峰 董廷霞 高翔 宋健 吕沛远 于 2021-10-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高精度氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用,属于陶瓷球制备技术领域。本发明解决了氮化硅陶瓷微球存在气孔、异常大晶粒、表面凹坑及雪花等缺陷,实现了氮化硅陶瓷微球的高精度制备。实施例的结果表明,本发明制备的高精度氮化硅陶瓷微球维氏硬度HV10最高达到1524kg/mm～(2),断裂韧性最高达到8.6MPa·m～(1/2),表面粗糙度0.006μm≤Ra≤0.008μm,球直径变动量0.03μm≤V-(Dw)≤0.08μm,球形误差0.03μm≤△S-(ph)≤0.08μm,各项性能指标均符合GB/T308.2-2010/ISO3290-2：2008《滚动轴承珠第2部分：氮化硅陶瓷微珠》标准要求的G3级标准要求。(The invention provides a high-precision silicon nitride ceramic microsphere and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of ceramic ball preparation. The invention solves the defects of air holes, abnormal large crystal grains, surface pits, snowflakes and the like of the silicon nitride ceramic microspheres and realizes the high-precision preparation of the silicon nitride ceramic microspheres. The results of the examples show that the Vickers hardness HV10 of the high-precision silicon nitride ceramic microspheres prepared by the invention can reach 1524kg/mm at most 2 The highest fracture toughness reaches 8.6 MPa.m 1/2 Ra is more than or equal to 0.006 mu m and less than or equal to 0.008 mu m in surface roughness, and V is more than or equal to 0.03 mu m in ball diameter variation Dw Less than or equal to 0.08 mu m, and the spherical error is less than or equal to 0.03 mu m ph Less than or equal to 0.08 mu m, and all performance indexes of the alloy meet GB/T308.2-2010/ISO 3290-2: 2008 "rolling bearing bead part 2: the standard requirement of G3 grade of the standard requirement of silicon nitride ceramic micro-beads.)
技术领域
本发明涉及陶瓷球制备技术领域，尤其涉及一种高精度氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用。
背景技术
近年来随着人民生活水平和生活质量的提高，对牙病防治日益重视和普及。目前国内对牙医手机配套的高速牙钻轴承的需求不断增加。高速牙钻球轴承是一种薄壁超轻系列的精密微型球轴承。其转速较高，工作时要求启动快，低噪音，能承受一定的轴向和径向负荷，具有良好的耐腐蚀及耐磨性能，并要求长期在潮湿的口腔中工作而不锈蚀，在正确使用条件下临床寿命要达到六个月。高速牙钻轴承以前主要是从国外进口，现在国内虽有少数几家轴承企业生产，但其质量、规格和数量都满足不了市场的需求，所以对高速牙钻轴承的研发具有重要的意义。
Si3N4陶瓷球密度低，质量轻，不仅显著降低球的离心力，而且显著降低球的陀螺力矩，从而降低轴承的预紧载荷和减小轴承内部的接触载荷，使轴承内部的摩擦力矩和摩擦温升显著降低。此外，氮化硅陶瓷球具有硬度高、耐腐蚀和摩擦磨损、热膨胀系数小等特点。其吸收热量低，冷却要求较低，能在润滑条件差的环境中运转。同时陶瓷球较难和钢表面出现黏附磨损，因此在高速轻载时，氮化硅陶瓷球轴承比全钢轴承寿命长。因此，氮化硅陶瓷球非常适合作为高速牙钻轴承滚动体的材料。
轴承在工作时，其振动会严重影响寿命，从而影响工作设备的稳定性、可靠性。相比于套圈和保持架，轴承滚动体的表面粗糙度是轴承振动的主要原因，会使轴承产生杂音。单粒陶瓷球体的振动主要由球体表面质量缺陷和球体的几何形状误差产生。目前，牙钻用氮化硅陶瓷微球表面质量缺陷主要为气孔、凹坑、异常大晶粒和雪花，严重影响陶瓷球表面粗糙度从而降低使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用，解决了氮化硅陶瓷微球存在气孔、异常大晶粒、表面凹坑及雪花等缺陷，实现了氮化硅陶瓷微球的高精度制备。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高精度氮化硅陶瓷微球的制备方法，包括以下步骤：
将氮化硅粉、烧结助剂和分散液进行球磨混合，得到混合料液；
将所述混合料液进行喷雾造粒，得到造粒粉；
将所述造粒粉压制成型，得到压制氮化硅陶瓷微球素坯；
将所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球装入坩埚中依次进行气氛压力烧结和热等静压烧结，得到氮化硅毛坯球；所述较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径为氮化硅陶瓷微球素坯直径的5～50倍；所述坩埚为多层侧壁坩埚，所述多层侧壁由外到内依次包括石墨外壁、中间壁和内壁；所述中间壁和内壁的延伸方向与坩埚外壁的延伸方向一致，所述中间壁和内壁的材质为氮化硅；相邻层侧壁之间的间隙大于较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径；
将所述氮化硅毛坯球进行磨削加工，得到高精度氮化硅陶瓷微球。
优选的，所述较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径为20～35mm；所述压制氮化硅陶瓷微球素坯的直径为0.8～4mm。
优选的，所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的质量比为1：(1～3)。
优选的，所述气氛压力烧结的温度为1700～1800℃，保温时间为1～3h，所述气氛压力烧结在氮气保护下进行。
优选的，所述热等静压烧结的温度为1800～1850℃，保温时间为0.5～1h，所述热等静压烧结在氮气保护条件下进行，所述热等静压烧结时氮气的压力为200～210MPa。
优选的，所述烧结助剂的质量为氮化硅粉和烧结助剂总质量的3～5％。
优选的，所述烧结助剂包括氧化铝、氧化镧、氧化钕、氧化镱、氧化铒和氧化钐中的一种或多种。
优选的，所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球装入多层侧壁坩埚的层间和内壁形成的腔体中。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的高精度氮化硅陶瓷微球，所述高精度氮化硅陶瓷微球的表面粗糙度Ra满足：0.006μm≤Ra≤0.008μm，球直径变动量VDw满足：0.03μm≤VDw≤0.08μm，球形误差△Sph满足：0.03μm≤△Sph≤0.08μm。
本发明提供了上述方案所述高精度氮化硅陶瓷微球在牙钻轴承中的应用。
本发明提供了一种高精度氮化硅陶瓷微球的制备方法，包括以下步骤：将氮化硅粉、烧结助剂和分散液进行球磨混合，得到混合料液；将所述混合料液进行喷雾造粒，得到造粒粉；将所述造粒粉压制成型，得到压制氮化硅陶瓷微球素坯；将所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球装入坩埚中依次进行气氛压力烧结和热等静压烧结，得到氮化硅毛坯球；所述较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径为氮化硅陶瓷微球素坯直径的5～50倍；所述坩埚为多层侧壁坩埚，所述多层侧壁由外到内依次包括石墨外壁、中间壁和内壁；所述中间壁和内壁的延伸方向与坩埚外壁的延伸方向一致，所述中间壁和内壁的材质为氮化硅；相邻层侧壁之间的间隙大于较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径；将所述氮化硅毛坯球进行磨削加工，得到高精度氮化硅陶瓷微球。
本发明将压制氮化硅陶瓷微球素坯与较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球一起进行烧结，由于较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径大于压制氮化硅陶瓷微球素坯的直径，装入坩埚时，压制氮化硅陶瓷微球素坯会填充到大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的间隙内，有利于压制氮化硅陶瓷微球素坯在烧结过程中受热均匀；此外，本发明采用多层侧壁坩埚进行烧结，且中间壁和内部的材质均为氮化硅，氮化硅可吸收部分热量，防止压制氮化硅陶瓷微球素坯局部受热过高，造成晶粒异常长大、表面出现白坑、雪花等缺陷。此外，本发明通过依次进行气氛压力烧结和热等静压烧结，相较于单一的气氛压力烧结或热等静压烧结，能够进一步提高氮化硅陶瓷微球的致密度，减少气孔和异常大晶粒缺陷，从而提高Si3N4陶瓷球的力学性能、稳定性和表面质量。
进一步的，本发明通过控制烧结助剂的质量为氮化硅粉和烧结助剂总质量的3～5％，烧结时烧结助剂与颗粒表层物质反应形成的氮氧化物液相少，烧结后在晶界间留下的玻璃相少，陶瓷球纯度高，有利于提高氮化硅陶瓷微球的力学性能。
实施例的结果表明，本发明制备的高精度氮化硅陶瓷微球维氏硬度HV10最高达到1524kg/mm2，断裂韧性最高达到8.6MPa·m1/2，表面粗糙度0.006μm≤Ra≤0.008μm，球直径变动量0.03μm≤VDw≤0.08μm，球形误差0.03μm≤△Sph≤0.08μm，各项性能指标均符合GB/T308.2-2010/ISO3290-2：2008《滚动轴承珠第2部分：氮化硅陶瓷微珠》标准要求的G3级标准要求。
附图说明
图1为本发明烧结所用坩埚的结构示意图；
图2为对比例1制备的其中一个氮化硅微球的照片；
图3为对比例1制备的其中一个氮化硅微球的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种高精度氮化硅陶瓷微球的制备方法，包括以下步骤：
将氮化硅粉、烧结助剂和分散液进行球磨混合，得到混合料液；
将所述混合料液进行喷雾造粒，得到造粒粉；
将所述造粒粉压制成型，得到压制氮化硅陶瓷微球素坯；
将所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球装入坩埚中依次进行气氛压力烧结和热等静压烧结，得到氮化硅毛坯球；所述较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径为氮化硅陶瓷微球素坯直径的5～50倍；所述坩埚为多层侧壁坩埚，所述多层侧壁由外到内依次包括石墨外壁、中间壁和内壁；所述中间壁和内壁的延伸方向与坩埚外壁的延伸方向一致，所述中间壁和内壁的材质为氮化硅；相邻层侧壁之间的间隙大于较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径；
将所述氮化硅毛坯球进行磨削加工，得到高精度氮化硅陶瓷微球。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
本发明将氮化硅粉、烧结助剂和分散液进行球磨混合，得到混合料液。
在本发明中，所述烧结助剂的质量优选为氮化硅粉和烧结助剂总质量的3～5％；所述烧结助剂优选包括氧化铝、氧化镧、氧化钕、氧化镱、氧化铒和氧化钐中的一种或多种，更优选为氧化铝3％+氧化镧2％；氧化铝2％+氧化镥1％；氧化铝2％+氧化铒2％。本段中的百分比均指的是相对于氮化硅粉和烧结助剂的总质量而言。
在本发明中，所述分散液优选为无水乙醇；所述分散液的质量与氮化硅粉和烧结助剂总质量的比值优选为(3～4)：1。
在本发明中，所述球磨混合采用的研磨球优选为氮化硅研磨球，所述氮化硅研磨球的质量与氮化硅粉和烧结助剂总质量的比为(1.5～3):1，更优选为2:1。在本发明中，所述球磨混合的时间优选为18～24h。在本发明中，所述球磨混合优选采用滚筒磨。本发明对所述球磨混合的转速没有特殊要求，采用本领域熟知的转速即可。
得到混合料液后，本发明将所述混合料液进行喷雾造粒，得到造粒粉。在本发明中，所述喷雾造粒优选采用压力喷雾造粒的方式。本发明优选在喷雾造粒塔中进行喷雾造粒。本发明对所述喷雾造粒的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的喷雾造粒条件即可。在本发明的实施例中，所用喷雾造粒塔进口温度为190℃，喷片孔径为0.9mm。在本发明中，所述造粒粉的粒径优选为50～100微米。本发明利用喷雾造粒提高造粒粉的流动性，有利于后续压制成型。
得到造粒粉后，本发明将所述造粒粉压制成型，得到压制氮化硅陶瓷微球素坯。在本发明中，所述压制成型优选采用中国专利CN202023003181.3中所述的陶瓷微珠成型装置压制成型。本发明优选根据压制氮化硅陶瓷微球素坯的尺寸选择合适尺寸的条状模具盘，圆柱形滚轮模具转速优选为5～10r/min。在本发明中，所述压制氮化硅陶瓷微球素坯的直径优选为0.8～4mm。
得到压制氮化硅陶瓷微球素坯后，本发明将所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球装入坩埚中依次进行气氛压力烧结和热等静压烧结，得到氮化硅毛坯球。
本发明对所述较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的化学组成没有特殊要求，本领域熟知的氮化硅陶瓷素坯球均可。在本发明中，所述较大尺寸氮氮化硅陶瓷素坯球优选使用旋转压机利用上模与下模冲压方式干压成型。
在本发明中，所述较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径为压制氮化硅陶瓷微球素坯直径的5～50倍，更进一步优选的，所述较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径为20～35mm，所述压制氮化硅陶瓷微球素坯的直径为0.8～4mm。在本发明中，所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的质量比优选为1：(1～3)，更优选为1：(1.5～2.5)。本发明将压制氮化硅陶瓷微球素坯与较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球一起依次进行气氛压力烧结和热等静压烧结，由于较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的直径大于压制氮化硅陶瓷微球素坯的直径，陶瓷球装入坩埚时，压制氮化硅陶瓷微球素坯会填充到较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球的间隙内，有利于压制氮化硅陶瓷微球素坯在烧结过程中受热均匀，防止局部受热过高，造成晶粒异常长大、表面出现白坑、雪花等缺陷。
在本发明中，所述坩埚为多层侧壁坩埚，如图1所示，所述多层侧壁由外到内依次包括石墨外壁、中间壁和内壁；所述中间壁和内壁的延伸方向与坩埚外壁的延伸方向一致，所述中间壁和内壁的材质为氮化硅；相邻层侧壁之间的间隙大于氮化硅陶瓷素坯球的直径。在本发明中，所述多层侧壁坩埚为一体结构，石墨外壁、中间壁和内壁共用同一个坩埚底。
在本发明中，所述内壁的厚度优选为2～4mm，内壁形成的同心圆的内径优选为90～100mm；所述中间壁的厚度优选为3～5mm，中间壁形成的同心圆的内径优选为180～200mm；所述石墨外壁的厚度优选为8～10mm，内径优选为300～320mm。在本发明中，所述多层侧壁坩埚的底厚优选为6～8mm。在本发明中，所述多层侧壁坩埚各个侧壁的高度优选相同，高度优选为15～17mm。
在本发明中，烧结时优选将所述压制氮化硅陶瓷微球素坯和较大尺寸氮化硅陶瓷素坯球装入多层侧壁坩埚的层间和内壁形成的腔体中。本发明采用多层侧壁坩埚依次进行气氛压力烧结和热等静压烧结，且中间壁和内部的材质均为氮化硅，氮化硅可吸收部分热量，防止压制氮化硅陶瓷微球素坯局部受热过高，造成晶粒异常长大、表面出现白坑、雪花等缺陷。
在本发明中，所述气氛压力烧结的温度优选为1700～1800℃，更优选为1720～1780℃；保温时间优选为1～3h，更优选为2h；所述气氛压力烧结优选在氮气保护下进行。本发明优选自室温升温至所述气氛压力烧结的温度，升温速率优选为5～20℃/min。本发明利用气氛压力烧结得到无开口气孔的Si3N4陶瓷。
待完成气氛压力烧结后，本发明优选冷却到室温，然后再进行热等静压烧结。在本发明中，所述热等静压烧结的温度优选为1800～1850℃，保温时间为0.5～1h，所述热等静压烧结在氮气保护条件下进行，所述热等静压烧结时氮气的压力为200～210MPa。在本发明中，升温至所述热等静压烧结的温度的升温速率优选为5～20℃/min。本发明在气氛压力烧结后进行热等静压烧结，能够进一步提高氮化硅陶瓷微球的致密度，减少异常大晶粒缺陷，从而提高Si3N4陶瓷球的致密度、力学性能、稳定性和表面质量。
在本发明中，所述气氛压力烧结和热等静压烧结均采用本发明所述的多层侧壁坩埚。
完成所述热等静压烧结后，本发明去除氮化硅陶瓷素坯球，得到氮化硅毛坯球。
得到氮化硅毛坯球后，本发明将所述氮化硅毛坯球进行磨削加工，得到高精度氮化硅陶瓷微球。在本发明中，所述磨削加工优选包括依次进行粗磨、细磨、精磨、精研和超精研。在本发明中，所述磨削加工优选采用中国专利CN 202021836565.0公开的氮化硅陶瓷微珠批量加工装置进行。在本发明中，所述磨削加工装置的上、下研磨板均为铸铁板，规格优选为Φ660mm×Φ420mm。
在本发明中，所述粗磨时，上、下研磨板间施加的压力优选为(0.8～1)×10KN，主轴转速优选为100～120r/min，所述粗磨的加工余量优选为250～350μm。
在本发明中，所述细磨时，上、下研磨板间施加的压力优选为(0.6～0.9)×10KN，主轴转速优选为80～100r/min，所述细磨的加工余量优选为≥150μm且＜250μm。
在本发明中，所述精磨时，上、下研磨板间施加的压力优选为(0.4～0.7)×10KN，主轴转速优选为70～80r/min，所述精磨的加工余量优选为≥50μm且＜100μm。
在本发明中，所述精研时，上、下研磨板间施加的压力优选为(0.3～0.6)×10KN，主轴转速优选为60～70r/min，所述精研的加工余量优选为≥30μm且＜50μm。
在本发明中，所述超精研时，上、下研磨板间施加的压力优选为(0.1～0.3)×10KN，主轴转速优选为50～60r/min，所述超精研的加工余量为0，即达到目标尺寸。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的高精度氮化硅陶瓷微球，所述高精度氮化硅陶瓷微球的表面粗糙度Ra满足：0.006μm≤Ra≤0.008μm，球直径变动量VDw满足：0.03μm≤VDw≤0.08μm，球形误差△Sph满足：0.03μm≤△Sph≤0.08μm。在本发明中，所述高精度氮化硅陶瓷微球维氏硬度HV10最高达到1480kg/mm2，断裂韧性最高达到8MPa·m1 /2，各项性能指标均符合GB/T308.2-2010/ISO3290-2：2008《滚动轴承珠第2部分：氮化硅陶瓷微珠》标准要求的G3级标准要求。在本发明中，所述高精度氮化硅陶瓷微球的尺寸优选为0.4～1mm。
本发明提供了上述方案所述高精度氮化硅陶瓷微球在牙钻轴承中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的高精度氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例所用多层侧壁坩埚的规格为：
内壁的厚度为3mm，内壁形成的同心圆的内径为100mm；中间壁的厚度为4mm，中间壁形成的同心圆的内径为180mm；石墨外壁的厚度为10mm，内径为320mm。多层侧壁坩埚的底厚为6mm，多层侧壁坩埚各个侧壁的高度相同，为15mm。
实施例1
(1)以2wt％含量的氧化铝、2wt％含量的氧化铒和96wt％含量的氮化硅粉作为粉料，无水乙醇(重量为粉料总重量的2倍)为分散液，将粉料、无水乙醇和氮化硅研磨球(重量为粉料总重量的2倍)放入滚筒磨中进行球磨混合，混合时间为24h，得到混合料液；
(2)将所述混合料液通过喷雾造粒塔采用压力喷雾造粒方式获得造粒粉，所用喷雾造粒塔进口温度为190℃，喷片孔径为0.9mm，得到粒径为50～100微米的球形颗粒；
(3)使用CN 202023003181.3中所述陶瓷微珠成型装置将喷雾造粉压制成型，压制氮化硅陶瓷微球素坯尺寸为2.0～2.1mm；
(4)将压制氮化硅陶瓷微球素坯与直径Φ20mm氮化硅陶瓷素坯球按照质量比1:2装入多层侧壁坩埚内，放于气氛压力烧结炉中，烧结温度为1790℃，升温速率为8℃/min，最高温保温时间为1.5h，烧结过程采用氮气常压保护；热等静压烧结温度为1830℃，升温速率为10℃/min，最高温保温时间为1小时，烧结过程中氮气压力为200MPa，得到氮化硅毛坯球；
(5)将所述氮化硅毛坯球进行粗磨、细磨、精磨、精研和超精研加工，上、下研磨板均为铸铁材质铸铁板，规格为Φ660mm×Φ420mm，其中，粗磨工序上、下研磨板间施加的压力为1×10KN，主轴转速为110r/min；细磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.9×10KN，主轴转速为90r/min；精磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.7×10KN之间，主轴转速为80r/min；精研工序上、下研磨板间施加的压力为0.6×10KN，主轴转速为70r/min；超精研工序上、下研磨板间施加的压力为0.3×10KN，主轴转速为60r/min，得到Φ1mm氮化硅陶瓷微球成品。
实施例2
(1)将3wt％含量的氧化铝、2wt％含量的氧化镧和95wt％含量的氮化硅作为粉料，无水乙醇(重量为粉料总重量的2倍)为分散液，将粉料、分散液和氮化硅研磨球(重量为粉料总重量的2倍)放入滚筒磨中进行球磨混合，混合时间为24h，得到混合料液；
(2)将所述混合料液通过喷雾造粒塔采用压力喷雾造粒方式获得造粒粉，所用喷雾造粒塔进口温度为190℃，喷片孔径为0.9mm，得到粒径为50-100微米间的球形颗粒；
(3)使用CN 202023003181.3中所述陶瓷微珠成型装置将喷雾造粉压制成型，压制氮化硅陶瓷微球素坯尺寸为1.3～1.4mm；
(4)将压制氮化硅陶瓷微球素坯与直径Φ20mm氮化硅陶瓷素坯球按照质量比1:2.5装入石墨坩埚内，放于气氛压力烧结炉中，烧结温度为1760℃，升温速率为9℃/min，最高温保温时间为2h，烧结过程采用氮气常压保护；热等静压烧结温度为1800℃，升温速率为8℃/min，最高温保温时间为1小时，总烧结时间为10小时，烧结过程中氮气压力为200MPa，得到氮化硅毛坯球；
(5)将所述氮化硅毛坯球进行粗磨、细磨、精磨、精研、超精研加工，上、下研磨板均为铸铁材质铸铁板，规格为Φ660mm×Φ420mm，其中，粗磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.8×10KN，主轴转速为110r/min；细磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.7×10KN之间，主轴转速为90r/min；精磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.6×10KN之间，主轴转速为70r/min；精研工序上、下研磨板间施加的压力为0.5×10KN之间，主轴转速为60r/min；超精研工序上、下研磨板间施加的压力为0.2×10KN之间，主轴转速为60r/min，得到Φ0.8mm氮化硅陶瓷微球成品。
实施例3
(1)将2wt％含量的氧化铝、1wt％含量的氧化镥和97wt％含量的氮化硅粉作为粉料，无水乙醇(重量为粉料总重量的2倍)为分散液，将粉料、无水乙醇和氮化硅研磨球(重量为粉料总重量的2倍)放入滚筒磨中进行球磨混合，混合时间为24h，得到混合料液；
(2)将所述混合料液通过喷雾造粒塔采用压力喷雾造粒方式获得造粒粉，所用喷雾造粒塔进口温度为190℃，喷片孔径为0.9mm，得到粒径为50～100微米间的球形颗粒；
(3)使用CN 202023003181.3中所述陶瓷微珠成型装置将喷雾造粉压制成型，压制氮化硅陶瓷微球素坯尺寸为0.8～0.9mm；
(4)将压制氮化硅陶瓷微球素坯与直径Φ20mm氮化硅陶瓷素坯球按照质量比1:2.5装入石墨坩埚内，放于气氛压力烧结炉中，烧结温度为1750℃，升温速率为10℃/min，最高温保温时间为2h，烧结过程采用氮气常压保护；热等静压烧结温度为1750℃，升温速率为12℃/min，最高温保温时间为0.5小时，总烧结时间为9.5小时，烧结过程中氮气压力为200MPa，得到氮化硅毛坯球；
(5)将所述氮化硅毛坯球进行粗磨、细磨、精磨、精研、超精研加工，上、下研磨板均为铸铁材质铸铁板，规格为Φ660mm×Φ420mm，其中，粗磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.8×10KN，主轴转速为100r/min；细磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.6×10KN，主轴转速为80r/min；精磨工序上、下研磨板间施加的压力为0.4×10KN，主轴转速为70r/min；精研工序上、下研磨板间施加的压力为0.3×10KN，主轴转速为60r/min；超精研工序上、下研磨板间施加的压力为0.1×10KN，主轴转速为50r/min，得到Φ0.4mm氮化硅陶瓷微球成品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于使用普通单层坩埚。
对比例2
与实施例1的区别仅在于烧结时未使用直径Φ20mm氮化硅陶瓷素坯球。
对比例3
与实施例1的区别仅在于省去热等静压烧结。
对比例4
与实施例1的区别仅在于省去气氛压力烧结。
对实施例1～3及对比例1～4的成品进行力学性能测试和精度测试，其中，力学性能测试参照ASTM F2094-2018a，精度测试参照GB/T308.2-2010/ISO3290-2：2008《滚动轴承珠第2部分：氮化硅陶瓷微珠》，测试结果见表1。
表1实施例1～3及对比例1～4制备的氮化硅陶瓷球的力学性能和精度
注：异常大晶粒只能通过扫描电镜观察，每批次球数量较大，无法统计比例，故在表1中未列出。
由表1可知，实施例1、2、3制备氮化硅陶瓷微球致密度都达到99.7％以上，维氏硬度、断裂韧性及三点弯曲强度等材料性能达到ASTM F2094-2018a I级材料标准，精度等级达到GB/T308.2 G3级标准，白坑及雪花缺陷比例均低于0.5％。对比例1制备氮化硅陶瓷微球致密度达到99.53％，硬度仅达到ASTM F2094-2018a II级材料标准，断裂韧性及三点弯曲强度达到I级材料标准，精度等级达到GB/T308.2 G10级标准，白点及雪花比例分别为32％、18％；对比例2制备氮化硅陶瓷微球致密度达到99.41％，硬度仅达到ASTM F2094-2018a II级材料标准，断裂韧性及三点弯曲强度达到I级材料标准，精度等级达到GB/T308.2 G10级标准，白点及雪花比例分别为35％、21％；对比例3制备氮化硅陶瓷微球致密度仅达到95.11％，硬度低于ASTM F2094-2018a III级材料标准，断裂韧性达到II级材料标准，三点弯曲强度达到III级材料标准，精度等级达到GB/T308.2 G20级标准，白点及雪花比例分别为26％、13％；对比例4制备氮化硅陶瓷微球致密度达到96.32％，硬度断裂韧性达到ASTM F2094-2018a II级材料标准，三点弯曲强度达到III级材料标准，精度等级达到GB/T308.2 G20级标准，白点及雪花比例分别为30％、10％。说明本发明通过采用气氛压力烧结与热等静压烧结相结合的烧结方式，采用较大尺寸的氮化硅陶瓷素坯球以及采用多层侧壁坩埚进行烧结，解决了氮化硅陶瓷微球存在气孔、异常大晶粒、表面凹坑及雪花等缺陷，实现了氮化硅陶瓷微球的高精度制备。
图2为对比例1制备其中一个氮化硅微球的照片，从图2中可以看出氮化硅微球表面出现白坑。图3为对比例1制备的其中一个氮化硅微球的扫描电镜图，可以看到有异常大晶粒出现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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