合肥工业大学
硕士学位论文
陶瓷球轴承制造技术及失效分析
姓名：张永乾
申请学位级别：硕士
专业：机械工程
指导教师：张崇高;段天慧
20040701
陶瓷球轴承制造技术及失效分析
摘要
本文分析讨论了陶瓷球轴承的特点及国内外技术水平。系统研究了陶瓷球轴承的制造技术，陶瓷毛坯球制造技术、ａｎｔ技术和质量保证技术。陶瓷毛坯球采用高纯超细ｎ氮化硅粉末添加烧结助剂混合制粒，经冷等静压成形、气氛压力烧结或热等静压烧结制造，精密陶瓷球加工需粗磨、精磨、初研、精研等工序，陶瓷球精度达到Ｇ５级，陶瓷球轴承公差等级达到Ｐ４级。
对陶瓷球轴承进行了设计分析，采用拟静力学分析模型，引入“套圈控制假设”理论，建立了陶瓷球轴承优化设计数学模型，并进行了陶瓷球轴承主参数和结构参数计算机多目标优化设计和分析，经优化设计的陶瓷球轴承，在高速条件下，旋滚比、刚度、寿命、球与滚道的接触应力、额定载荷都有明显改善。
探讨了陶瓷球轴承额定载荷的计算方法，确定了陶瓷球轴承额定动载荷及额定静载荷的计算公式。试验分析了陶瓷球轴承的接触疲劳寿命、高速性能和刚度，陶瓷球接触疲劳寿命试验结果表明：所试验的５／１６”－Ｇ５级氮化硅陶瓷球平均接触疲劳寿命为９６．６０小时，Ｌｌｏ和Ｌ５Ｄ寿命为５．６１５８×１０６和２．４９５２×１０７；分别为钢球的平均接触疲劳寿命１．７倍，Ｌｌｏ和Ｌ５０寿命的１．９倍、１．７倍。陶瓷球接触疲劳寿命离散性与钢球接近，Ｂ７００５Ｃ／ＨＱｌＰ４陶瓷球轴承特征寿命Ｖ＝７００ｈ，基本额定寿命的试验值Ｌｔｏｒ＝Ｖ（０．１０５３６）“９＝１２７ｈ，中值寿命的试验值Ｌ锄＝Ｖ（Ｏ．６９３１５）“９＝５３０ｈ，ｄｍｎ值达到２．５２ｘ１０６ｎｌｎｌ．ｒ／ｍｉｎ。
对陶瓷球轴承疲劳寿命和失效形式进行了分析，陶瓷球失效形式一般为小圆形或椭圆形剥落；轴承套圈（钢制）失效形式一般为连续状小椭圆形剥落：陶瓷球轴承失效模式，同钢制球轴承失效模式类似，都不是断裂而是发生疲劳剥落。分析探讨了陶瓷球材料中的缺陷对陶瓷球发生断裂行为的影响，认为陶瓷球中的气孔、夹杂、裂纹、分层以及加工缺陷，都可能造成陶瓷球材料形成残余应力，局部的应力集中，引起微开裂，致使陶瓷球使用过程中在外加应力作用下发生断裂，严重影响陶瓷球轴承的可靠性。
陶瓷球轴承在航天卫星、电主轴、涡轮分子泵、涡轮流量计等不同应用领域取得良好工程应用效果，在化工、冶金、机械、石油、交通、航空航天、电子、家用电器、真空等行业中有广泛的应用前景。
关键词：陶瓷球轴承设计寿命
ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆＣｅｒａｍｉｃＢａｌｌＢｅａｒｉｎｇｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＴｈｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｆｏｒｅｉｇｎａｎｄｄｏｍｅｓｔｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌｅｖｅｌｏｆｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｅｍｉｆｉｎｉｓｈｅｄｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｓｅｍｉｆｉｎｉｓｈｅｄｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｉｓ
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｉｎｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓｔｅｐ：ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎｏｆａ－Ｓｉ３Ｎ４ｐｏｗｄｅｒｍｉｘｉｎｇｓｉｎｔｅｒｉｎｇａｓｓｉｓｔａｎｔ，ｃｏｌｄｉｓｏｓｔａｔｉｃｓｈａｐｉｎｇａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇＯｒｈｏｔｉｓｏｓｔａｔｉｃｓｉｎｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｉｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙｒｏｕｇｈｇｒｉｎｄｉｎｇ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇｒｉｎｄｉｎｇ，ｐｒｉｍａｒｙｌａｐｐｉｎｇ，ｆｉｎｉｓｈｅｄｌａｐｐｉｎｇａｎｄＳＯｏｎ．Ｇ５ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇｒａｄｅＣａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒｃｅｒａｍｉｃｂａｉｌｓａｎｄＰ４ｔｏｌｅｒａｎｃｅｇｒａｄｅｆｏｒｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｉｓｄｏｎｅ。ＵｔｉｌｉｚｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌａｎｄＩｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ‘＇ｒｉｎｇ—ｃｏｎｔｒｏｌｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ”，ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｉｓ
ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｍｕｌｔｉ—ｔａｒｇｅｔｓｅｔｕｐｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｐｒｉｍａｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｃｏｎｓｌｒｕｃｔｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｕｎｄｅｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ｒｏｌｌｉｎｇ／ｓｐｉｎｒａｔｉｏ，ｓｔａｆｆｍｅｓｓ，ｌｉｆｅ，ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｂａｉｌａｎｄｒａｃｅｗａｙ，ｒａｔｅｄｌｏａｄａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｅｖｉｄｅｎｔｌｙｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｅａｒｉｎｇｓ．
Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｌｏａｄｒａｔｉｎｇｏｆｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄｆｏｒｍｕｌａｓｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｄｙａｄｉｃａｎｄｓｔａｔｉｃｌｏａｄｒａｔｉｎｇａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ，ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅｌｉｆｅｏｆ５／１６”—Ｇ５Ｓｉ３Ｎ４ｂａｌｌｓｉｓ９６．６０ｈ，Ｌｔｏ＝５．６１５８Ｘ１０６ａｎｄＬｓｏ＝２．４９５２×１０７，ａｎｄａｒｅ１．７，１．９，１．７ｔｉｍｅａｓｔｈａｔｏｆｓｔｅｅｌｂａｌｌｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｉｓｎｅａｒｌｙｓａｌｎｅａｓｔｈａｔｏｆｓｔｅｅｌｂａｌｌ．ＦｏｒＢＴ００５Ｃ／ＨＱｌＰ４ｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｌｉｆｅｉｓ７００ｈ，ａｎｄｔｈｅｂａｓｉｃｒａｔｉｎｇｌｉｆｅＬ１０ｔｏｆ１２７ｈ，ｍｅｄｉｕｍｌｉｆｅＬｓｏｔｏｆ５３０ｈａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．ｄｍｎｉｓａｓｈｉｇｈａｓ２．５２Ｘ１０６ｍｍ?ｒ／ｍｉｎ．Ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎｄｍｏｄｅｏｆｆａｉｌｕｒｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｔｈｅ
ｍｏｄｅｏｆｆａｉｌｕｒｅｉｓｎｏｒｍａｌｌｙｓｍａｌｌｃｙｃｌｅｏｒｅｌｌｉｐｓｅｓｐａｌｌｆｏｒｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｓ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｍａｌｌｅｌｌｉｐｓｅｓｈａｐｅｓｐａｌｌｆｏｒｂｅａｒｉｎｇｒｉｎｇｓ；ｔｈｅｍｏｄｅｏｆｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓｉｓｓｉｍｉｌａｒａｓｔｈａｔｏｆｆｕｌｌｓｔｅｅｌｂｅａｒｉｎｇｓ，ｂｏｔｈｓｐａｌｌｒａｔｈｅｒｔｈａｎｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｅｆｅｃｔｓｏｎｆｒａｃｔｕｒｅｉｎｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔｉｓｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｔｈａｔａｌｌｏｆ
ｇａｓｈｏｌｌｏｗ，ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｃｒａｃｋ，ｌａｙｅｒｉｎｇａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｄｅｆｌｅｃｔｓｍａｙｒｅｓｕｌｔｉｎ
ｆｏｒｍｉｎｇ
ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ，１０ｃａｌｓ＇ｆｆｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏ—ｃｒａｃｋ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｔｏｆｒａｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒａｐｐｌｉｅｄｓｔｒｅｓｓｉｎｕｓｅ，ａｎｄｂａｄｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆ
ｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓ．
Ｔｈｅｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓａｓｔｒｏｎａｕｔｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｉｎｄｌｅｓ，ｔｕｒｂｉｎｅｍｏｌｅｃｕｌｅｂｕｍｐｓａｎｄｓｏｏｎ，ａｎｄｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｗｉｌｌｉｓｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｏｉｌ，ｔｒａｆｆｉｃ，ａｖｉａｔｉｏｎａｎｄａｓｔｒｏｎａｕｔ，ｅｌｅｃｔｒｏｎ，ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｐｐｌｉａｎｃｅ，ｖａｃｕｕｍｉｎｄｕｓｔｒｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＣｅｒａｍｉｃＢａｌｌ
Ｂｅａｒｉｎｇｓｄｅｓｉｇｎｌｉｆｅ
合肥工业大学
本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。
答辩委员会签名：（工作单位、职称）
主席：夸磁镰土札穴季．压鞭
甄铭沁、岳眇小。手．守坟
导师：／岔廖移溶ｆ目瑚承研究修妇拔段易卫Ｍ铷幛敝
专慨２灿ｇ矗《．
缸。易发了彖披～
独创性声明
本人声明所墨交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金目＆王壁太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签字：量髀字日期：三柙蛑，口月矽日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解金目Ｂ王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权—金匿王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
（保密的学位论文在解密后适用本授权书）
学位论文者签名：磊琴蝴，导师签名：；表辜岛
签字日期：五砂牟年，口月，，日签字日期：ｚ。仉挥ｔ。月、ｊ日
学位论文作者毕业后去向
工作单位：通讯地址：电话：邮编：
致谢
研究生学习和工作期间，我学到了很多新知识，也领悟到很多人生的意义和做人的道理。这首先要归功于我的导师张崇高教授和段天慧教授。为我顺利完成学业，倾注了大量心血。本论文是在两位导师精心指导和关怀下完成的，老师渊博的知识、丰富的工作经验、严谨的治学态度都给本人留下了深刻的印象。他们在学习上的关怀将使我受益终生。在此特向导师表示崇高的敬意和诚挚感谢！
在本论文研究与写作过程中，洛阳轴承研究所组织人事处焦丽莎副处长给予了很多帮助，在这里向她表示衷心感谢！在课题研究中，洛阳轴研科技股份有限公司孙永安高工、姜韶峰高工、李县辉工程师、陈志军工程师等同志作了大量的研究工作，在此一并表示感谢！
最后，我谨在此向在论文评审和答辩中给予我帮助的领导、老师、专家表示深深的谢意！
作者：张永乾
２００４年７月
第一章绪论
ｌ陶瓷球轴承概述
陶瓷轴承具有质量轻、耐高温、耐腐蚀、无磁、绝缘、刚性高、高速使用离心力小、运转温升低等优良特性，在化工、冶金、机械、石油、交通、航空航天、电子、家用电器、真空等行业中有着广泛的应用前景，具有极大的开发应用价值。
陶瓷轴承按其套圈和滚动体材料的不同可分为：全陶瓷轴承和混合型陶瓷轴承。全陶瓷轴承的套圈和滚动体均用陶瓷材料制造；混合型陶瓷轴承一般指轴承套圈采用轴承钢制造，滚动体采用陶瓷材料制造。根据滚动体的种类陶瓷轴承又可分为全陶瓷滚子轴承、混合型陶瓷滚子轴承和全陶瓷球轴承、混合型陶瓷球轴承。混合型陶瓷球轴承的球用陶瓷材料制造，套圈用轴承钢制造，是目前开发研究及应用最多的一类陶瓷轴承，也是本论文的主要研究对象。
精细陶瓷是由人工合成原料，经过特殊工艺成形并在适当温度下烧结的一类具有特定组分和显微结构的材料，分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，功能陶瓷是指具有电、光、磁、声、热、弹性及部分化学功能的陶瓷；如装置陶瓷、电容陶瓷、磁性瓷、压电陶瓷、半导性陶瓷和传感器陶瓷等。结构陶瓷是指精细陶瓷中具有高的机械、热、化学性能的陶瓷；具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐冲刷等一系列优异性能。按组分分类可分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和硼化物陶瓷ｐｊ。
结构陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐冲刷等一系列优异性能，可以承受金属材料和有机高分子材料难以承受的苛刻工作环境，成为许多新兴科学技术得以实现的关键，是现代高新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是现代军事技术和生物医学技术不可缺少的材料。制造技术比较成熟最常用的结构陶瓷主要包括：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等，对于滚动轴承，根据不同的工作条件，原则上可用多种材料制造，但作为滚动轴承材料的基本前提是材料应具有良好的抗滚动接触疲劳特性和剥落失效模式，所以对于陶瓷轴承材料的基本要求如下【ｌ７】：（１）低密度：滚动体材料密度低，离心载荷小，轴承可在更高转速下工作。
（２）中等弹性模量：材料弹性模量比钢高，使轴承动态刚度提高，但是弹性模量太大会造成应力集中，降低轴承的承载能力。
（３）热膨胀系数小：可减少轴承对温度的敏感，防止卡死。
（４）强度高：轴承可承受高的接触应力。
（５）高硬度和高韧性：提高轴承耐磨性和抗冲击能力，降低的轴承零件表面粗糙度。
（６）良好的抗滚动接触疲劳特性。
（７）疲劳剥落失效形式：轴承零件在工作中失效，不应是突然的断裂，应是疲劳剥落失效，在轴承卡死前有预兆，造成的危害最小。
在极端条件下工作的轴承还应具有良好的耐高温性能、耐腐蚀性能以及良好的化学稳定性。
不同陶瓷材料与轴承钢性能见表１．１。
表卜１几种陶瓷材料和轴承钢的典型特性【３、１２１１４】
拦膨＼Ｓｉ３Ｎ４ＳｉＣＡ１２０３Ｚｒ０２ＧＣｒｌ５＼＼＼材料
密度／ｇ．ｃｍ４３．２３．１３．９５．９７．８硬度爪Ｖ１０１４００～２０００～１８００～１０００～
８００
１８００２４００２０００１３００弹性模量／ＧＰａ３１０４２０３９０２０５
抗压强度／ＭＰａ２０００～２０００～
＞３５００２０００
２５００２７００
断裂韧性／Ｍｐａ．ｍ’８５～８２～４３～５８～１２１６～２０抗弯强度／ＭＰａ
线膨胀系数／１０。６Ｋ‘１３４８１０１２热传导率／Ｗ?ｍ’１?Ｋ。１２０１００３０２３０使用上限温度／Ｋ１０５０１２５０１２５０７５０４００抗热冲击性能高高低中等很高尺寸稳定性好好好好特殊处理耐腐蚀性好好好好差磁性无磁无磁无磁无磁有磁滚动接触失效形式剥落断裂断裂断裂／剥落剥落大量的试验研究结果表明，虽然氮化硅在结构陶瓷中不是最硬的，韧性也不是最高的，但是在要求高性能的滚动轴承应用中，氮化硅具有最佳的机械物理综合特性，均质致密的氮化硅陶瓷材料具有良好的抗滚动接触疲劳性能，其接触疲劳寿命与轴承钢相近，失效形式为与轴承钢相同的疲劳剥落【＿“１５Ｊ。而其他陶瓷材料接触疲劳寿命远远低于轴承钢，失效形式为突然的断裂。氮化硅陶瓷材料成为制造滚动轴承零件的最佳材料。所以本论文的主要研究对象为氮化硅混合型陶瓷球轴承。
混合型氮化硅陶瓷球轴承与钢制轴承相比有如下基本特性１２“”Ｊ：
（１）转速高：氮化硅的密度仅为轴承钢的４０％，由于陶瓷球的质量小，高转速下，产生的离心力小，由此引起的轴承内应力也低，故能达到较高转速。
２
（２）刚性大：氮化硅的弹性模量约为轴承钢的１．５倍。根据赫兹理论，对两弹性接触体，材料的弹性模量越高，相同载荷下，两物体的接触变形越小，即接触刚度越大。
（３）摩擦发热小、温升低：由于陶瓷球轴承高速旋转时，球离心力低，内圈和外圈的接触角之差较小，轴承的旋滚比、陀螺力矩相应较小。同时，由于陶瓷材料的弹性模量大，在接触区形成～个较小的压力椭圆，轴承的摩擦力矩低，形成良好的运转特性，所以陶瓷球轴承在高速时较钢制轴承摩擦发热小，温升低。
（４）热稳定性好：氮化硅材料的热膨胀系数约是轴承钢的１／４，高速旋转条件下，当轴承温度升高时，球和套圈的热膨胀差引起的轴承内部载荷变化相对缓和，即预紧力变化小，轴承的温度变化小。
（５）寿命高：陶瓷球轴承的运转性能好与陶瓷材料的热膨胀系数小有关。若径向间隙严格，润滑失效后滚动轴承零件的温升很高，不良的预载荷在使用过程中难以避免。而陶瓷轴承的径向间隙稳定，不良预载荷形成过程缓慢，因此其寿命较高。另外，在混合型陶瓷球轴承中，陶瓷与钢显示出良好的材料匹配性，在滚动轴承摩擦系统中，陶瓷同钢匹配的亲合性低于钢与钢的亲合性，当润滑膜未能很好地形成或缺少可起有效润滑临界层时，较低的亲合性则可有效地发挥作用。因此陶瓷球轴承在脂润滑条件下比钢制轴承有更长的使用寿命，应用于机床对还可节省油一气润滑系统，降低生产成本。
２陶瓷球轴承研究现状
国外早在二十世纪六十年代初就开始陶瓷轴承的研究，其后随着结构陶瓷材料的迅速发展，可供选择的陶瓷材料种类增多。研究的重点是氮化硅陶瓷轴承材料。七十年代到八十年代，美国、日本、德国、法国等工业发达国家在氮化硅粉体制造技术、氮化硅陶瓷球成型技术、热等静压烧结及气氛压力烧结技术和致密化技术等方面取得重要进展的同时，各国轴承制造公司也在陶瓷球加工技术、陶瓷球轴承设计、试验和应用技术方面特别是批量制造技术取得较大发展。进入九十年代后，日、美、德等各国相继建成多条陶瓷球及陶瓷球轴承生产线，陶瓷轴承应用领域越来越广泛。瑞典ＳＫＦ公司、日本ＮＳＫ公司、法国ＳＮＦＡ公司等公司已批量向市场提供各种型号的陶瓷球轴承。据资料报道日本所有的数控机床主轴将全部采用陶瓷球轴承，转速为１００００ｒ／ｍｉｎ的计算机硬盘驱动器轴承也将以陶瓷球轴承为升级换代产品”“。
国外制造陶瓷毛坯球较著名的公司为：法国ＳＡＩＮＴ—ＧＯＢＡＩＮ公司、美国的ＮＯＲＴＯＮ公司、日本的ＮＴＫ公司、ＴＴＣ公司、ＴＳＢ公司等；结方法主要为：热等静压烧结（ＨＩＰ）、气氛压力烧结（ＧＰＳ）、热压烧结（ＨＰ）。目前，国外还没有陶瓷球质量评价国际标准，主要由陶瓷球生产企业或轴承公司自己制订企业标准，质量评价和分析项目包括：外观、表面缺陷、密度、硬度、压碎载荷、孔隙度、
显微结构等，以及陶瓷毛坯球的尺寸、形状公差，并且随炉烧制试样检测材料的抗弯强度、断裂韧性、弹性模量等机械性能。评定标准中，规定了主要显微结构要素如晶粒、孔隙度、添加剂相、夹杂物等大小、分布的上限；抗弯强度、断裂韧性、硬度的下限值；陶瓷毛坯球表面缺陷的检测采用荧光渗透探伤技术，可以检出十分微小目测不到的裂纹。由于各公司陶瓷材料制造工艺的不同，其性能质量也不同；表卜２、表卜３所示为日本ＮＴＫ公司、ＴＴＣ公司和美国ＮＯＲＴＯＮ公司陶瓷毛坯球的性能质量水平。
表卜２国外氮化硅陶瓷毛坯球尺寸精度
粱烧结方法（ｍｍ）（ｍｍ）（１１１１１１）动量（ｍｍ）（ｋＮ）
直径加工留量球形误差批直径变压碎载荷ＮＴＫＧＰＳ１０．１０７０．５８２０．０３５Ｏ．０８５１４７００
ＴＴＣＨＩＰ１０．２２７０．７０２０．０３８０．０９５２１０７０
ＮＯＲＴＯＮＨＩＰ１０．２０９０．６８４０．０５００．０７０＼ＳＡＩＮＴ—ＧＯＢＡＩＮＮＴＫＴＴＣＮＯＲＴＯＮ表卜３国外氮化硅陶瓷毛坯球材料性能
烧结方法ＨＩＰＧＰＳＨＩＰＨＩＰ
密度（ｇ／ｃｍ３）３．２ｌ３．２２３．３２３．１６
硬度（ＨＶｌＯ）１６００１７９０２１５０１９００
抗弯强度（ＭＰａ）１０００８８２７８４８５０
断裂韧性（船ａ．ｍ“２）６．５６．７７
弹性模量（ＧＰａ）３１０３１３２９４３１４
国外陶瓷球的加工采用与钢球类似的加工方法，但所用研磨剂、磨料、工艺参数、设备控制系统均有别于钢球加工；德国ＦＡＧ公司采用大循环方法使用金刚石砂轮或刚玉砂轮对陶瓷球进行批量粗磨加工，粗磨后陶瓷球表面粗糙度Ｒａ为ｌＩ９８ｕｍ，球形误差７２．５ｕｍ；研磨加工分为两个阶段即初研加工和精研加工，初研采用碳化硅、碳化硼、刚玉和人造金刚石磨料，精研采用氧化铬、氧化铁、人造金刚石微粉磨料；研磨板采用铸铁板，硬度ＨＢ＞２２０；严格选择磨料的粒度、种类、形状、浓度及破碎特性，研磨液的粘度、承载特性及各种添加荆的含量；控制温度、压力、转速等工艺参数。精研后的陶瓷球表面粗糙度为０．００８ｕｍ，球形误差０．０８ｕｍ，并且制订了精密陶瓷球的加工工艺规程［２５３。日本ＡＫＳ公司（株天迂钢球制作所）也形成批量加工，加工精度在Ｇ１０级以上，Ｇ５级球达到５０９６以上。
国外已开发出一定规模的市场，日本ＮＳＫ公司、德国ＦＡＧ公司、瑞典ＳＫＦ
４
公司、法国ＳＮＦＡ认为，陶瓷球轴承在高速超高速机械工业、耐腐蚀工业、航空航天、要求绝缘、无磁的场合等工业领域，有巨大的潜在市场。应用最好的是日本。日本ＮＳＫ公司陶瓷球轴承主要型号包括：８ＢＮＴｌＯＦＳＮ２４～３０ＢＮＴｌＯＦＳＮ２４系列，轴承内径：８～３０ｍｍ，接触角：１２。；４０ＢＮＣｌＯＳＮ２４～１００ＢＮＣｌ０ＳＮ２４系列（相当于我国的Ｂ７０００Ｃ／ＨＯｌ系列），轴承内径；４０～１００ｍｍ，接触角：１５。；３５ＢＮＣｌ９ＳＮ２４～１００ＢＮＣｌ９ＳＮ２４系列（相当于我国的Ｂ７１９００Ｃ／ＨＱｌ系列），轴承内径：３５～ｌＯＯｍｍ，接触角：１５４；法国ＳＮＦＡ公司是世界生产高速精密主轴轴承最著名的轴承公司之一，该公司ＶＥＸ系列９ＣＥＩ接触角１５。，相当于我国的ＢＴＯＯＯＣ／ＨＱＩ系列，９ＣＥ３接触角２５。，ＶＥＢ系列相当于我国Ｂ７１９００Ｃ／ＨＱＩ系列。
从所收集到的国外陶瓷球轴承样品和资料分析结果表明，国外先进国家制造的精密陶瓷球精度等级一般为Ｇ５级一ＧＩＯ级，加工批量为万粒级；陶瓷球轴承公差等级Ｐ４级，陶瓷球轴承的结构形式多为在高速精密场合下使用的混合型陶瓷球轴承。
我国从“七五”期间开始陶瓷轴承的探索性研究；“八五”开始对轴承用陶瓷球及陶瓷球轴承的研究；进行氮化硅陶瓷球制造技术研究的单位主要有洛阳轴承研究所、山东工业陶瓷设计研究院、上海材料研究所，中国建筑材料研究院、上海硅酸盐研究所等。对轴承用氮化硅、氧化锆陶瓷毛坯球制造技术及精密陶瓷球加工技术进行了研究，同时对陶瓷球轴承的设计、试验、制造技术也进行了～定的研究工作。“九五”进行了陶瓷球轴承批量化制造技术的研究，实现了精密陶瓷球和高速精密陶瓷球轴承的批量生产，陶瓷球的精度等级达到ＧＩＯ级以上，Ｇ５级陶瓷球成品率稳定在５０％以上；精密陶瓷球轴承的公差等级达到Ｐ４级ｎ“，形成设计、制造、试验检测、质量保证较完备的技术体系。山东工业陶瓷设计研究院建成５０万粒氮化硅陶瓷毛坯球生产线，洛阳轴承研究所建成５０万粒精密陶瓷球生产线和１０万套精密陶瓷球轴承生产线。上海材料研究所、上海硅酸盐研究所也具有了较大的生产能力。
目前国内氮化硅陶瓷毛坯球普遍采用的生产工艺为近净尺寸成形，气氛压力烧结。在粉料混配方面采用在氮化硅粉体湿法细化的同时加入烧结助剂，同时进行细化与混合，制成亚微米混合料后加入成形剂，经混合、造粒后制成流动性好的颗粒粉体。在成形方面，采用全自动压机，加料、成形、脱模一次完成；为提高毛坯球密度，把预成形的球坯装入软模中，进行二次冷等静压处理；烧结采用气氛压力烧结，烧结前对毛坯球表面进行活化处理。山东工业陶瓷设计研究院采用近净尺寸橡胶模具冷等静压一次成形工艺，降低修坯余量，提高材料利用率；中国建筑材料科学院对氮化硅陶瓷毛坯球的热等静压烧结进行了一定的研究与探讨，通过熟等静压烧结氮化硅陶瓷球配方设计、自包封技术和热等静压工艺参数对材料气孔率影响的研究，制造出气孔率小于０．１％的材料。
国内采用气氛压力烧结工艺制造的氮化硅陶瓷毛坯球其性能质量基本满足
一般滚动轴承球的技术要求，与国外气压烧结工艺制造的氮化硅陶瓷毛坯球质量相当，但在毛坯球材料孔隙、添加剂粒度、含量、均匀程度等方面，存在一定不足，其硬度水平相对较低，与国外熟等静压烧结陶瓷毛坯球质量水平有较大差距，需进一步提高烧结工艺水平，以制造高质量的氮化硅陶瓷球，满足不同质量性能陶瓷球轴承的需要。
洛阳轴承研究所等单位对陶瓷球加工技术进行了深入研究，开发了陶瓷球加工专用磨料和研磨液，陶瓷球加工效率成倍提高，加工精度达到Ｇ５级，制订了《陶瓷球加工工艺规程》、《陶瓷球加工检查规程》、《陶瓷球加工工序问技术条件》等工艺技术文件。建立了完善的陶瓷球加工在线检测和质量保证体系；陶瓷球轴承优化设计技术，开发出优化设计软件，编制了陶瓷球轴承优化设计主导文件，对陶瓷球轴承进行了系统基础应用性能试验，陶瓷球接触疲劳寿命与轴承钢相当，陶瓷球轴承ｄｍｎ值达到２５０万ｍ?ｒ／ｒａｉｎ。
３陶瓷球轴承力学分析方法
氮化硅陶瓷材料与轴承钢相比，其密度仅为轴承钢的４０％，硬度是经淬火回火轴承钢的２倍，断裂韧性为淬火回火轴承钢的１／３，弹性模量高，线膨胀系数为轴承钢的１／３，物理机械性能差别很大。陶瓷球轴承的接触状态、接触应力、接触变形、载荷分布等与钢制轴承有较大差异，需用力学分析方法对陶瓷球轴承进行分析，探讨陶瓷球轴承的额定静载荷和额定动载荷的计算方法。
４陶瓷球轴承失效分析技术发展概况
陶瓷轴承的失效与轴承的材料特性、使用条件、载荷、润滑系统、使用环境等有关，失效机理主要为疲劳破坏、机械损坏、磨损损坏、润滑失效、裂纹破坏等，对于钢制轴承，已形成了较为完善的轴承失效分析方法，但对陶瓷轴承的失效分析，目前还没有形成系统的失效分析方法和试验方法，应根据陶瓷材料的特性和失效机理，分析陶瓷球轴承的失效方式和机理，通过陶瓷轴承的失效控制，提高陶瓷轴承的寿命和可靠性。
５本文研究的意义和主要内容
陶瓷轴承具有质量轻、耐高温、耐腐蚀、无磁、绝缘、刚性高、高速使用离心力小、运转温升低等优良特性，在化工、冶金、机械、石油、交通、航空航天、电子、家用电器、真空等行业中有着广泛的应用前景，具有极大的开发应用价值。
陶瓷材料与钢不同，对于氮化硅陶瓷材料目前还没有材料或成份的技术条件，也没有测定其某些特性的标准方法。与其他陶瓷材料相似，氮化硅陶瓷材料等级及种类主要以烧结工艺方法、添加剂的种类和量来划分。一旦制成陶瓷球，其结构和特性也就确定而无法改变。需对其制造技术进行系统的研究。
由于陶瓷材料的硬度、弹性模量、断裂韧性、抗弯强度、密度、表面特性等性能与轴承钢有很大差别，所以基于钢制轴承的制造技术、试验方法、失效
分析方法已不能完全适用于陶瓷轴承，本文将通过陶瓷毛坯球制造技术、精密陶瓷球加工技术、陶瓷球轴承优化设计技术、制造技术、试验技术、失效分析技术和基础理论分析研究，解决陶瓷球轴承的关键制造技术和设计试验方法，探讨陶瓷球轴承失效机理，为陶瓷球轴承的应用奠定技术基础，意义重大。
第二章陶瓷球轴承制造技术
混合型陶瓷球轴承钢制套圈的加工制造，除结构参数有所改变外，与普通轴承套圈加工制造工艺技术相同，不稃做过多介绍，本篇主要研究用于陶瓷轴承的氮化硅陶瓷球制造技术、加工技术、质量保证技术和轴承装配技术。
ｌ氮化硅陶瓷
氮化硅是一种典型的共价键化合物，属多晶材料，晶体结构为六方晶系，有两个结晶相Ｑ相和Ｂ相，一般认为ａ—Ｓｉ３Ｎ４属低温稳定晶型，Ｂ—Ｓｉ３Ｎ。属高温稳定晶型。氮化硅外观色泽随不同晶相和制造工艺不同有所不同，呈灰白、蓝灰、灰黑色。氮化硅理论密度为３．１９±Ｏ．１９／ｃｍ３。氮化硅陶瓷制品的密度受添加烧结助剂的类别和添加量及制造工艺的影响有较大的变化范围，一般为２９～３．５ｇ／ｃｍ３。氮化硅莫氏硬度≥９，显微硬度在１４００～１８００ＭＰａ范围内，具有较好的耐磨性，摩擦系数小，氮化硅对氮化硅摩擦副摩擦系数Ｏ．０２～Ｏ．０７，断裂韧性３～９ＭＰａ?ｍ“２，属高温难熔化合物，无熔点，常压分解温度１９００。Ｃ，抗热震性能较好垆ｊ。
２氮化硅陶瓷球制造技术
氮化硅陶瓷球是混合型陶瓷球轴承的核心零件，其质量直接影响轴承的性能质量。氮化硅陶瓷球的制造技术主要包括氮化硅粉末制造技术、配混料技术、毛坯球成形技术、烧结技术、精密陶瓷球加工技术、质量保证技术。
氮化硅陶瓷球制造工艺流程如图２一ｌ。
Ｉ研磨加工
工
ｆ精密陶瓷球
图２－１氮化硅陶瓷球制造工艺流程图
氮化硅陶瓷原料粉末混料一般采用液相混合的方法，分散介质为无水乙醇，无水乙醇可通过蒸馏回收；分散助剂为聚乙二醇一４００（ＰＥＧ一４００），添加量为１．０、Ⅳｔ％。采用分级混合与超声波分散相结合的液相混合工艺。分级混合是指先将含量较低的几种成分预混和，制取其混合溶液，然后将主要成份与该混合溶液混合。超声波分散是指在混料过程中使用超声波处理混合溶液，当超声波以正压和负压交替产生（其交替频率为每秒钟上万次）的形式在液体中传播时，混合液中的微小气泡会在负压期迅速膨胀，又在正压期急运闭合破裂，随着气泡裂溃瞬间，在液体的极小空间内将其高度集中的能量释放出去，有效的破碎粉末微观团聚，形成良好的混合效果。
２．２．３．氮化硅粉末混合料制粒技术
氮化硅粉末混合料的压制性能随着粉末粒度的降低而降低，直接压制性能极差，必须经过制粒工艺，将微／纳米粉末制成粒度约０．１ｍｍ的二次团粒，提高混合料的流动性及压制性能。制粒工艺一般采用压块一破碎制粒法。压块为钢模压块和冷等静压压块，其中钢模压块工艺由于钢质模具模腔与粉末摩擦作用及操作过程的开放性，产生一定程度的物料污染，同时受模具尺寸限制，压块小，不易批量化生产；冷等静压压块工艺采用包套包封，然后进行冷等静压，过程封闭，无物料污染，同时不受包套大小限制，可批量化生产。压块经破碎擦筛制成氮化硅粉末混合料。
２．３陶瓷毛坯球成形技术
氮化硅陶瓷粉末混合料成形剂含量低，粉末硬度高，压制性和成形性差，所以陶瓷毛坯球的成形存在一定的困难。陶瓷毛坯球压坯要求无压制裂纹，具有一定的生坯强度，良好的各向同性，不允许出现明显的密度差，加工余量尽量降低。陶瓷毛坯球一般采用钢模预压一冷等静压成形和冷等静压直接成形两种近净尺寸成形技术，陶瓷球成形过程示意图见图２—２、图２．３。
钢模预压包封真空封口冷等静压
图２－２钢模预压．一冷等静压成形法示意图
１０
气球自包封冷等静压
图２－３直接冷等静压成形法示意图
氮化硅陶瓷毛坯球钢模预压成形与常规粉末冶金成形方法相同，该阶段仅要求成形，压制压力较小，压坯应具有一定的强度，以保证压坯在以后工序生产及搬运过程中不掉块、碎裂，同时注意避免压制裂纹等缺陷；在冷等静压成形阶段获得主要的生坯密度及强度，冷等静压压力一般为２００ＭＰａ，该工艺生产效率高，适合大批量、中等尺寸规格陶瓷毛坯球生产。
冷等静压成形法一次完成陶瓷毛坯球的压制成形，技术难度高，但毛坯球各向同性好，球形好，并且生产过程封闭，可以保证物料的纯净度。陶瓷毛坯球冷等静压成形压力２００ＭＰａ。适合较大尺寸陶瓷毛坯球成形，模具材料采用耐油橡胶，要求耐油橡胶肖氏硬度为７０以上，模具应在各个方向的壁厚均匀，在冷等静压过程中变形均匀，该方法制造的陶瓷毛坯球批直径变动量小，工艺简单易行，成本较低。２．４陶瓷毛坯球烧结技术
氮化硅陶瓷毛坯球材料属于难烧结材料。常压下，氮化硅在１９００℃下发生分解反应：
Ｓｉ３Ｎ４－－一３Ｓｉ＋２Ｎ２｝
所以，氮化硅陶瓷毛坯球必须在一定的气氛压力下烧结，烧结温度１７００～２０００℃，氮气压力２～１０ＭＰａ。氮气压力一方面可以阻止氮化硅的分解，另一方面可以促进氮化硅材料的致密化。在氮化硅陶瓷毛坯球烧结过程中，应采用与陶瓷毛坯球同组分或相近组分的粉料添加氮化硼的混合物作为埋粉，将毛坯球埋入埋粉中，埋粉在毛坯球的周围产生了一个局部的气相平衡的环境，抑制氮化硅的分解反应进行，同时保证毛坯球相对稳定的温度环境及自由的收缩空间，有利于毛坯球的烧结致密化。
一定的氮气气氛压力在烧结中除抑制氮化硅分解外，在烧结高温区后段，高压氮气对初步致密化的毛坯球产生类似热等静压的作用，获得较好氮化硅陶瓷球质量性能；试验表明，在１７９０℃烧结温度下，当氮气压力由３ＭＰａ提高到
陶瓷电容失效分析： 多层片状陶介电容器由陶瓷介质、端电极、金属电极三种材料构成，失效形式为金属电极和陶介之间层错，电气表现为受外力（如轻轻弯曲板子或用烙铁头碰一下）和温度冲击（如烙铁焊接）时电容时好时坏。 多层片状陶介电容器具体不良可分为: 1、热击失效 2、扭曲破裂失效 3、原材失效三个大类 （１）热击失效模式： 热击失效的原理是：在制造多层陶瓷电容时，使用各种兼容材料会导致内部出现张力的不同热膨胀系数及导热率。当温度转变率过大时就容易出现因热击而破裂的现象，这种破裂往往从结构最弱及机械结构最集中时发生，一般是在接近外露端接和中央陶瓷端接的界面处、产生最大机械张力的地方（一般在晶体最坚硬的四角），而热击则可能造成多种现象： 第一种是显而易见的形如指甲狀或U-形的裂縫 第二种是隐藏在内的微小裂缝
第二种裂缝也会由裸露在外的中央部份，或陶瓷/端接界面的下部开始，并随温度的转变，或于组装进行时，顺着扭曲而蔓延开来（见图4）。 第一种形如指甲狀或U-形的裂縫和第二种隐藏在内的微小裂缝，两者的 区别只是后者所受的张力较小，而引致的裂缝也较轻微。第一种引起的破裂 明显，一般可以在金相中测出，第二种只有在发展到一定程度后金相才可测。 （２）扭曲破裂失效 此种不良的可能性很多：按大类及表现可以分为两种： 第一种情况、SMT阶段导致的破裂失效 当进行零件的取放尤其是SMT阶段零件取放时，取放的定中爪因为磨损、对位不准确，倾斜等造成的。由定中爪集中起来的压力，会造成很大的压力 或切断率，继而形成破裂点。
这些破裂现象一般为可见的表面裂缝，或2至3个电极间的内部破裂；表面破裂一般会沿着最强的压力线及陶瓷位移的方向。 真空检拾头导致的损坏或破裂﹐一般会在芯片的表面形成一个圆形或半月形的压痕面积﹐并带有不圆滑的边缘。此外﹐这个半月形或圆形的裂缝直经也和吸头相吻合。 另一个由吸头所造成的损环﹐因拉力而造成的破裂﹐裂缝会由组件中央的一边伸展到另一边﹐这些裂缝可能会蔓延至组件的另一面﹐并且其粗糙的裂痕可能会令电容器的底部破损。 第二种、SMT之后生产阶段导致的破裂失效 电路板切割﹑测试﹑背面组件和连接器安装﹑及最后组装时，若焊锡组件受到扭曲或在焊锡过程后把电路板拉直，都有可能造成‘扭曲破裂’这类的损坏。 在机械力作用下板材弯曲变形时，陶瓷的活动范围受端位及焊点限制，破裂就会在陶瓷的端接界面处形成，这种破裂会从形成的位置开始，从45°角向端接蔓延开来。
篇一：关于材料导论的论文范文 虽然我已经进大材料专业两个多月，却由于种种原因，不能对材料这门基础学科有清楚的认识，甚至对于别人问我材料是干什么的，我也是尴尬地不能回答。在这10来次的课程中，我终于进一步认识到了材料学科的优势和发展前景，对于自己的未来也有了更多自信和期许。 材料共分为金属材料，无机非金属材料和高分子材料三大类。在这些课程中，教授们着重强调了无机非金属材料中的陶瓷材料。以前，我总认为陶瓷无非就是瓷碗，花瓶之类，却没想到它还会有那么多的化学特性和功能。实际上，陶瓷是瓷器和陶器的统称，它采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压的绝缘器件。陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。此外，它在防辐射方面也发挥着至关重要的作用在所有的材料中，最令我感兴趣的是功能材料。功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。 其中，太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点。随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，石油的枯竭几乎像一个咒语，给人类带来了不安。各国都开始力推可再生能源，其中开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”，太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能资源丰富，而且免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。正是因为这些优点，太阳能光伏产业才蓬勃发展起来。相信在未来，太阳能电池会发挥越来越重要的作用。 尽管我国非常重视功能材料的发展取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地，却依旧和发达国家存在着、较大的差距。因此发达国家企图通过功能材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场。例如，高铁的一些关键材料还需从国外进口，每年都得花高达千亿的资金去购买这些材料，还必须满足他们各种要求，这对拥有万千专家学者的中国来说，这不能不说是一种悲哀。特别是我国国防用关键特种功能材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、激光武器等，都离不开功能材料的支撑。 如何在毕业后成为一位优秀的材料人，这是我们每个人都需要思考的问题，未来充满着未知，这一切都有待于我们的努力。首先，我们要有勤勉、认真、踏实的学习作风，我们所学的基础课程都是很朴实无华的内容，这就要求我们能静下心来，从一砖一瓦打基础做起，不可心浮气躁。其次，我们需要动手实验的实 践能力，任何的成果都要依靠理论和实验，用实验来验证理论，这就要求我们要有一定的动手能力，对于实验的操作、各种仪器的使用要有相当的了解。而且我们一定要有举一反三的创新能力，我们的目标就是在于如何研发出不同于前人的材料，制作新工艺和新方法，这样人类才能更好地利用科学来造福众生，才能使我们的世界越来越丰富多彩。另外，我们还要学习一定的软件知识。课上，老师教我们如何用软件来模拟物质结构，引起了我们极大的兴趣，如果我们将想要在材料方面大展身手，软件将是我们研究学习不可或缺的帮手。
滚动轴承常见的失效形式及原因分析 滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产 生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、 电腐蚀、保持架损坏等。 一，疲劳剥落 疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面． 轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： 1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部
（次表面）为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下： A、制造因素 1、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。 2、材料品质的影响：轴承工作时，零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷。由于零件之间的接触面积很小，因此，会产生极高的接触应力。在接触应力反复作用下，零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落。就材料本身的品质来讲，其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等，内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等，这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因。
电子陶瓷材料的发展现状与趋势 材料学院080201班李金霖 摘要本文对电子陶瓷系统中的绝缘质、介电质、压电质与离子导体的现状进行了综合评述。指出了电子陶瓷材料及其生产工艺的研究动向和发展趋势。 关键词电子陶瓷,材料,研究和开发 1引言 电子陶瓷材料主要指具有电磁功能的一类功能陶瓷，它具有较大的禁带宽度，可以在很宽的范围内调节其介电性能和导电性能。它以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，广泛应用于电子、通讯、自动控制等众多高科技领域[1]。 近年来，电子陶瓷的研究和开发十分引入注目，其新材料、新工艺和新器件已在诸多方面取得了成果。 2电子陶瓷材料研究现状及其应用前景 2.1 高导热、电绝缘陶瓷 2.1.1高导热、电绝缘陶瓷的研究现状 绝缘陶瓷又称装置瓷，它具有高电绝缘性、优异的高频特性、良好的导热性以及高化学稳定性和机械强度等特性。 AlN于1862年首次合成[2]，20世纪50年代后期，随着非氧化物陶瓷受到重视，人们开始将AlN陶瓷作为一种新材料进行研究，侧重于将其作为结构材料应用。近10年来，AlN 陶瓷的研究热点是提高热传导性能，应用对象是电路基板和封装材料。最新研究通过采用有效的烧结助剂如CaO和Y203生产出了高纯度、高热导率的AlN。 BeO陶瓷是一种高导热率、电绝缘性能良好的材料，它对微电子集成电路的发展作出了巨大的贡献，但因其有剧毒，已逐渐被停止使用[3]。 近30年来，由于人们的重视和工业应用的需要，高导热电绝缘陶瓷逐渐发展壮大，研究方向也有了一些变化，主要表现在： (1) 新材料的开发。一方面，在原有材料的基础上开发新的材料，如在SiC中添加 2%BeO，获得SiC-BeO高导热电绝缘材料，性能优于BeO[4]；另一方面，独立开发新材料，正在开发中的有氮氧化硅（Si2ON2）、SiC纤维、氮化硅系列纤维等[5～6]。 （2）除原料配方外，成形和烧成工艺研究也取得了较大的进展。1966年Bergmann 和Barrington提出了陶瓷粉末的冲击波活化烧结新工艺的概念。在成形工艺上，20世纪90年代开发出两种泥浆原位凝固的成形工艺：凝胶浇注和直接凝聚浇注工艺。在国外的一些实验室已成功地利用这两种工艺制备出形状复杂的氧化铝、氮化硅、碳化硅等制品。 (3) 近年来，针对高导热电绝缘陶瓷制备成本高的问题，一些科技工作者着重研究如何降低制造成本，以期改变应用落后的现状。 2.1.2高导热、电绝缘陶瓷的应用前景 高导热、电绝缘陶瓷具备优良的综合性能，在多方面都有着广泛的应用前景，如高温结构材料、金属熔液的浴槽、电解槽衬里、熔融盐类容器、金属基复合材料增强体和主动装甲材料等。尤其是其导热性良好、电导率低、介电常数和介电损耗低等特性，使其成为高密度集成电路基板和封装的理想材料。同时也可用作电子器件的封装材料、散热片以及高温炉的发热件等。
滚动轴承故障诊断分析 学院名称：机械与汽车工程学院专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师姓名：
摘要 滚动轴承故障诊断 本文对滚动轴承的故障形式、故障原因、常用诊断方法等诊断基础和滚动轴承故障的振动机理作了研究，并建立了相应的滚动轴承典型故障(外圈损伤、内圈损伤、滚动体损伤)的理论模型，给出了一些滚动轴承故障诊断常见实例。通过对滚动轴承故障振动机理的研究可以帮助我们了解滚动轴承故障的本质和特征。本文对特征参数的提取，理论推导，和过程都进行了详细的阐述， 关键词:滚动轴承；故障诊断；特征参数；特征； ABSTRACT ： The Rolling fault diagnosis In the thesis ,the fault types,diagnostic methods an d vibration principle of rolling bearing are discussed.the thesis sets up a series of academic m odels of faulty rolling bearings and lists some sym ptom parameters which often used in fault diagnosis of rolling bearings . the study of vibration prin ciple of rolling bearings can help us to know the essence and feature of rolling bearings.In this pa
湖南科技大学专业课程论文 论文题目：对介电功能陶瓷性能的研究 学生姓名：付国良 学院：机电工程学院 专业班级：09级金属材料工程二班 学号：0903050201 指导教师：徐红梅 2011年12月20日
对介电功能陶瓷性能的研究 付国良 (09级金属材料工程二班学号：093050201) 【摘要】随着材料科学技术的飞速发展，电功能陶瓷材料的低位变得日益重要，其特性方面发挥的优越性是其他材料不可代替的。电功能材料作为一种精细陶瓷，采用高度精选的原料，通过精密调配的化学组成和严格控制的制造工艺合成的陶瓷材料。近年来，电子元件随科技发展和市场需求不断向片式化、小型化、多功能化等趋势发展，其中，片式化是小型化、多功能化发展的基础。因此，片式化材料和器件的研究成为热点。在片式化多层结构中，为了使用银、铜内电极，降低元件制作成本，低温共烧陶瓷技术成为近年来兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术。从介电材料的低温烧结和掺杂改性入手，通过调节成型压力，成型方式，叠层结构，以及采用零收缩技术，零收缩差技术，加入中间层等工艺技术和结构的改变，来研究层状共烧体的收缩率匹配，界面反应，界面扩散和介电性能，最终解决两种材料之间的共烧兼容问题，获得可低温烧结的无翘曲变形，无开裂等缺陷且界面结合良好的叠层共烧体。介电陶瓷和绝缘陶瓷在本质上属于同一类陶瓷，但是与绝缘陶瓷不同的是，主要利用介电性能的陶瓷称为介电陶瓷或者说，介电陶瓷是通过控制陶瓷的介电性质，使之具有较高的介电常数、较低的介质损耗和适当的介电常数温度系数的一类陶瓷。 【关键词】陶瓷功能系数介电 【引言】介电陶瓷对人类的生活影响涉及方方面面，但是人类对功能陶瓷的利用在一些方面的利用还是个空白，我设想如果我们把介电陶瓷用在谐振器、耦合器、滤波器、电容器、半导体、变压器等生活电器中时，这些电器将在工作效率和工作寿命上有很大的提高。为了加强对介电功能陶瓷的功能的广泛利用，我对介电功能陶瓷材料的介电特性做了深入研究。通过对材料性质的分析，我采用实验分析法，设计了周密的实验方案，同时我对介电功能陶瓷的理论基础做了研究设想，设计了研究方法和实验设计。如果电功能陶瓷得到很好的利用，我们的电器和各种电子设备间的工作效率将大大提高，设备制造成本也将大大降低。所以，研究介电功能陶瓷有很深远的意义。 【正文】 一、节电功能陶瓷的定义。 陶瓷材料特有的高强度、耐热性、稳定性等特点，被人们普遍看好用作集成电路板的制造材料。目前作为集成电路基板的陶瓷材料主要有氧化铝、氧化铍、碳化硅及氮化铝等，其中以氧化铝应用最为普遍。
MLCC漏电失效分析 1. 案例背景 客户端在老化实验测试阶段发现MLCC出现漏电失效，其不良比率不详，该MLCC焊接工艺为回流焊接工艺。 2. 分析方法简述 通过外观检查OK样品与NG样品表面未见明显异常。 通过X射线透视检查，OK样品和NG样品内部均未发现裂纹孔洞等异常。 将OK样品和NG样品分别切片，然后在金相显微镜下放大拍照观察MLCC内部结构，NG样品电容内 部存在镍瘤及热应力裂纹，而OK样品未见异常。 通过对样品剖面SEM/EDS分析， NG样品电容内部电极层不连续，存在明显镍瘤；其镍瘤周围多条向外延伸裂纹并在裂缝通道内发现明显碳化痕迹（EDS结果中C含量高达50%），此应为热应力裂纹，裂纹的存在直接导致电容性能异常；而OK样品电容内部电极层连续，陶瓷介质层致密未发现孔洞及镍瘤，电容性能良好。 3. 分析与讨论 失效模式分析： 多层陶瓷电容器（MLCC）本身的内在可靠性十分优良，可长时间稳定使用。但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对可靠性产生严重的影响。陶瓷多层电容器（MLCC）失效的原因一般分为外部因素和内在因素。内在因素包括: 陶瓷介质内空洞、介质层分层；外部因素包括：热应力裂纹及机械应力裂纹。 1)陶瓷介质内的孔洞 所谓的陶瓷介质内的孔洞是指在相邻电极间的介质层中存在较大的孔洞，这些孔洞由于内部可能含有水汽或离子，在端电极间施加电压时，降低此处的耐压强度，导致此处发生过电击穿现象。 2)介质层分层 多层陶瓷电容的烧结为多层材料堆叠共烧，烧结温度在1000℃以上。层间结合力不强，烧结过程中内部污染物挥发，烧结工艺控制不当都可能导致分层的发生。值得一提的是，某些分层还可能导致陶瓷介质内部产生裂纹，或在介质层内出现断续的电极颗粒等，这些都与电容器的生产工艺有关。分层的直接影响是绝缘电阻降低，电容量减小。 3)热应力裂纹 实际使用中各种温度冲击往往容易产生热应力，热应力产生的裂纹主要分布区域为陶瓷靠近端电极的两侧，常见的表现形式为贯穿瓷体的裂纹，有的裂纹与内电极呈现90°。需要强调的是，这些
深沟球轴承设计方法 1 外形尺寸 1.1 轴承的基本尺寸d 、D 、B 按GB/T 273.3的规定 1.2 装配倒角r 1、r 2按GB/T 274的规定 2 主参数的设计方法 2.1 钢球直径Dw Dw=Kw （D-d ） 取值精度0.001 为保证钢球不超出端面，要考虑轴承宽度B 。 Kw 取值见表1 表1 Kw 值 2.1.1 常见钢球直径可查GB/T 308 2.1.2 计算出Dw 后，应从中选取最接近计算值的标准钢球值，优先选非英制。 2.2 钢球中心圆直径P P=0.5（D+d ） 取值精度0.01 2.3 球数z 式中ψ为填球角，计算时按表2取值 直径系列 公称内径 8、9、1 2 3 4 ≤35 0.24～0.31 0.29～0.31 0.28～0.32 0.25～0.31 超过 35～120 0.25～0.32 0.31～0.32 0.32 0.25～0.32 超过120～120 0.24～0.30 0.26～0.31 0.29～0.31 0.25～0.30
表2 ψ值 2.4额定载荷的计算 2.5最后确定Dw、P、z的原则 2.5.1满足额定载荷的要求。 2.5.2应最大限度的通用化和标准化，对基本尺寸相同或相近的 承应尽可能采用相同的球径、球数。 2.5.3保证保持架不超出端面，对D≤200mm的1、2、3系列轴承要考虑安 防尘盖与密封圈的位置。优化设计时轴承兜孔顶点至端面的距离a b应满足如下要求： D≥52～120 ，a b≥2 ；D≤50 ，a b≥1.50 D＞125～200，a b≥2.5。 2.5.4填球角ψ的合理性。大批生产并需自动装球的轴承ψ角宜取 186°左右，为了使z获得整数并控制ψ角，允许钢球中心径适当加大至最大不得大于P+0.03P。 2.6 实取填球角ψψ=2（z-1）sin-1 （Dw/P） 实取填球角ψ下限不得小于180°，上限应满足下列要求： 8、9、1系列ψ≤195°2系列ψ≤194° 3系列ψ≤193°4系列ψ≤192°
滚动轴承故障诊断1（之国外专家版） 滚动轴承故障 现代工业通用机械都配备了相当数量的滚动轴承。一般说来，滚动轴承都是机器中最精密的部件。通常情况下，它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。但是，多年的实践经验表明，只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年限。而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障，30%失效是由于不对中或“卡住”等装配失误，还有20%的失效是由过载使用或制造上缺陷等其它 原因所致。 如果机器都进行了精确对中和精确平衡，不在共振频率附近运转，并且轴承润滑良好，那么机器运行就会非常可*。机器的实际寿命也会接近其设计寿命。然而遗憾的是，大多数工业现场都没有做到这些。因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。你的工作是要检测出早期症状并估计故障的严重程度。振动分析和磨损颗粒分析都是很好的诊断方法。 1、频谱特征 故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量——换言之，它们不是同步的分量。对振动分析人员而言，如果在振动频谱中发现不同步分量那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。 振动分析人员应该马上诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。 如果看到不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损相关。如果同时还有谐波和边频带出现，那么轴承磨损的可能性就非常大——这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。 2、扰动频率计算 有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（BPI）、球过外圈频率（BPO）、保持架频率（FT）和球的自旋频率（BS）。轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径和接触角。其中，BPI 和BPO的和等于滚珠/滚柱的数量。例如，如果BPO等于3.2 X，BPI等于4.8 X，那么滚珠/滚柱 的数量必定是8。
多层陶瓷电容器(MLCC)的典型结构中导体一般为Ag或AgPd，陶瓷介质一般为(SrBa)TiO3，多层陶瓷结构通过高温烧结而成。器件端头镀层一般为烧结 Ag/AgPd，然后制备一层Ni阻挡层(以阻挡内部Ag/AgPd材料，防止其和外部Sn 发生反应)，再在Ni层上制备Sn或SnPb层用以焊接。近年来，也出现了端头使用Cu的MLCC产品。 根据MLCC的电容数值及稳定性，MLCC划分出NP1、COG、 X7R、 Z5U 等。根据MLCC的尺寸大小，可以分为1206，0805，0603，0402，0201等。 MLCC 的常见失效模式 多层陶瓷电容器本身的内在可靠性十分优良，可以长时间稳定使用。但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响。 陶瓷多层电容器失效的原因分为外部因素和内在因素 内在因素主要有以下几种： 1.陶瓷介质内空洞 (Voids) 导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染，烧结过程控制不当等。空洞的产生极易导致漏电，而漏电又导致器件内部局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。该过程循环发生，不断恶化，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。 2.烧结裂纹 (firing crack) 烧结裂纹常起源于一端电极，沿垂直方向扩展。主要原因与烧结过程中的冷却速度有关，裂纹和危害与空洞相仿。 3.分层 (delamination) 多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。烧结温度可以高达1000℃以上。层间结合力不强，烧结过程中内部污染物挥发，烧结工艺控制不当都可能导致分层的发生。分层和空洞、裂纹的危害相仿，为重要的多层陶瓷电容器内在缺陷。 外部因素主要为： 1.温度冲击裂纹(thermal crack) 主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致，不当返修也是导致温度冲击裂纹的重要原因。
深沟球轴承设计计算 Ⅰ.编制说明: 1.沟道曲率半径必须满足Rimax<,Remax<,且Rimax 9. JB/T 10239-2001 滚动轴承零件冲压保持架技术条件 10. CSBTS 滚动轴承零件深沟和角接触球轴承套圈公差 11. CSBTS 深沟和角接触球轴承套圈沟形公差 12. CSBTS 深沟及角接触球轴承套圈沟道圆形偏差 设计轴承型号：6020 一. 轴承的基本(外形)尺寸的确定 依据型号算d,查GB(GB 276-1994,GB 274-2000) 可知D、B、r 轴承公称内径d=(mm) 轴承公称外径D=(mm) 轴承公称宽度T=(mm) 轴承单向最小倒角rsmin=(mm) 二、滚动体直径的设计 钢球直径Dw按下式计算: Dw=Kw (D-d) Kw分档取值见表1,Dw的取值精度为. 计算出Dw后,应从表2中选取接近计算值的标准钢球尺寸. 表1 Kw值 直径系列 100200300400 d(mm) d≤35~~~~ 35＜d≤120~~~~ 20＜d≤240~~~~ 标准钢球直径Dw mm 见GB/T 308-2002 滚动轴承钢球钢球与保持架中心圆直径Dwp 电容阻值降低、漏电失效分析 2014-08-02 摘要： 本文通过无损分析、电性能测试、结构分析和成分分析，得出导致电容阻值下降、电容漏电是多方面原因共同作用的结果：（1）MLCC本身内部存在介质空洞（2）端电极与介质结合处存在机械应力裂纹（3）电容外表面存在破损。 1.案例背景 MLCC电容在使用过程中出现阻值降低、漏电失效现象。 2.分析方法简述 透视检查NG及OK样品均未见裂纹、孔洞等明显异常。 图1.样品X射线透视典型照片 从PCBA外观来看，组装之后的电容均未受到严重污染，但NG样品所受污染程度比OK样品严重，说明电容表面的污染可能是引起电容失效的潜在原因。EDS能谱分析可知，污染物主要为助焊剂与焊锡的混合物，金属锡所占的比例约为16(wt.)%。从电容外观来看，所有样品表面均未见明显异常，如裂纹等。 图2.电容典型外观照片 利用数字万用表分别测试NG电容和OK电容的电阻，并将部分失效样品机械分离、清洗后测试其电阻，对电容进行失效验证。电学性能测试表明，不存在PCB上两焊点间导电物质（污染物）引起失效的可能性，失效部位主要存在于电容内部。 对样品进行切片观察，OK样品和NG样品内部电极层均连续性较差，且电极层存在孔洞，虽然电极层孔洞的存在会影响电容电学性能，但不会造成电容阻值下降，故电极层孔洞不是电容漏电的原因。 对NG样品观察，发现陶瓷介质中存在孔洞，且部分孔洞贯穿多层电极，孔洞内部可能存在水汽或者离子（外来污染），极易导致漏电，而漏电又会导致器件内局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性从而导致漏电的增加，形成恶性循环；左下角端电极与陶瓷介质结合处存在机械应力裂纹，可导电的污染物可夹杂于裂纹中，导致陶瓷介质的介电能力下降而发生漏电，使绝缘阻值下降，此外裂纹内空气中的电场强度较周边高，而其击穿电场强度却远比周边绝缘介质低，从而电容器在后续工作中易被击穿，造成漏电；除此之外，电容表面绝缘层存在严重破损，裂纹已延伸至内电极，加之表面污染物的存在，在恶劣潮湿环境下就会与端电极导通，形成漏电。 对比失效样品，OK样品电容内部结构成分一致，内电极为Ni电极，电极层连续性较差，且存在较多细小孔洞。但并未发现贯穿相邻电极的孔洞和机械应力裂纹的存在，电容表面破损程度亦较低，故不存在漏电现象。 功能陶瓷材料研究论文 苏州科技学院 化学生物与材料工程学院 材料学专业 题目：锰锌铁氧体材料的性能研究与制备 姓名：吕岩 学号： 1411093004 指导老师：钱君超 锰锌铁氧体材料的性能研究与制备 摘要：铁氧体材料是当今一种重要的磁性材料。二十世纪三十年代以来，由于该种材料固有的特性，人们对这种材料产生了浓厚的兴趣，并开展了广泛的研究。本文主要从锰锌铁氧体入手，介绍了高磁导率锰锌铁氧体的研究历史及其在信息产业发展过程中的意义和作用，同时从配方优化、烧结工艺、测试方法等方面综述了国内外的研究与发展现状。 关键词：锰锌铁氧体；高磁导率；配方；烧结工艺 Abstract：Ferrite materials is a very important magnetic materials at present.For the inherent characteristics of this materials,people had a strong interesting in it and extensive research carried out since the 1930s.This article is mainly about MnZn ferrite，introducing the background，the significance and current state of manufacturing high permeability MnZn ferrite was summed up and at the same time the investigation status about composition，sintering process and methods of analysis was reviewed. Key words：MnZn ferrite;high permeability;composition;sintering process 电容的失效模式和失效机理 电容器的常见失效模式有： ――击穿短路；致命失效 ――开路；致命失效 ――电参数变化（包括电容量超差、损耗角正切值增大、绝缘性能下降或漏电流上升等；部分功能失效 ――漏液；部分功能失效 ――引线腐蚀或断裂；致命失效 ――绝缘子破裂；致命失效 ――绝缘子表面飞弧；部分功能失效 引起电容器失效的原因是多种多样的。各类电容器的材料、结构、制造工艺、性能和使用环境各不相同，失效机理也各不一样。 各种常见失效模式的主要产生机理归纳如下。 3.1失效模式的失效机理 3.1.1 引起电容器击穿的主要失效机理 ①电介质材料有疵点或缺陷，或含有导电杂质或导电粒子； ②电介质的电老化与热老化； ③电介质内部的电化学反应； ④银离子迁移； ⑤电介质在电容器制造过程中受到机械损伤； ⑥电介质分子结构改变； ⑦在高湿度或低气压环境中极间飞弧； ⑧在机械应力作用下电介质瞬时短路。 3.1.2 引起电容器开路的主要失效机理 ①引线部位发生“自愈“，使电极与引出线绝缘； ②引出线与电极接触表面氧化，造成低电平开路； ③引出线与电极接触不良； ④电解电容器阳极引出箔腐蚀断裂； ⑤液体电解质干涸或冻结； ⑥机械应力作用下电介质瞬时开路。 3.1.3 引起电容器电参数恶化的主要失效机理 ①受潮或表面污染； ②银离子迁移； ③自愈效应； ④电介质电老化与热老化； ⑤工作电解液挥发和变稠； ⑥电极腐蚀； ⑦湿式电解电容器中电介质腐蚀； ⑧杂质与有害离子的作用； ⑨引出线和电极的接触电阻增大。 3.1.4 引起电容器漏液的主要原因 ①电场作用下浸渍料分解放气使壳内气压上升； ②电容器金属外壳与密封盖焊接不佳； ③绝缘子与外壳或引线焊接不佳； 滚动轴承故障诊断与分析Examination and analysis of serious break fault down in rolling bearing 学院：机械与汽车工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：2010020101 姓名： 学号： 指导老师：王林鸿 摘要:滚动轴承是旋转机械中应用最广的机器零件，也是最易损坏的元件之一, 旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关，轴承的工作好坏对机器的工作状态有很大的影响，其缺陷会产生设备的振动或噪声，甚至造成设备损坏。因此, 对滚动轴承故障的诊断分析, 在生产实际中尤为重要。 关键词：滚动轴承故障诊断振动 Abstract: Rolling bearing is the most widely used in rotating machinery of the machine parts, is also one of the most easily damaged components. Many of the rotating machinery fault associated with rolling bearings, bearing the work of good or bad has great influence to the working state of the machine, its defect can produce equipment of vibration or noise, and even cause equipment damage. Therefore, the diagnosis of rolling bearing fault analysis, is especially important in the practical production. Key words: rolling bearing fault diagnosis vibration 引言：滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计，旋转机械的故障约有30％ 是因滚动轴承引起的，由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。如何准确判断出它的末期故障是非常重要的，可减少不必要的停机修理，延长设备的使用寿命，避免事故停机。滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损。总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的，因而对作为运转机械最重要件之一的轴承，进行状态检测和故障诊断具有重要的实际意义，这也是机械故障诊断领域的重点。 一滚动轴承故障诊断分析方法 1滚动轴承故障诊断传统的分析方法 1.1振动信号分析诊断 振动信号分析方法包括简易诊断法、冲击脉冲法（SPM法）、共振解调法（IFD 法）。振动诊断是检测诊断的重要工具之一。 （1）常用的简易诊断法有：振幅值诊断法，反应的是某时刻振幅的最大值，适用于表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断；波峰因素诊断法，表示的 陶瓷材料论文：电子陶瓷材料的发展现状与趋势 摘要本文对电子陶瓷系统中的绝缘质、介电质、压电质与离子导体的现状进行了综合评述。指出了电子陶瓷材料及其生产工艺的研究动向和发展趋势。 关键词电子陶瓷,材料,研究和开发 1引言 电子陶瓷材料主要指具有电磁功能的一类功能陶瓷，它具有较大的禁带宽度，可以在很宽的范围内调节其介电性能和导电性能。它以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，广泛应用于电子、通讯、自动控制等众多高科技领域[1]。 近年来，电子陶瓷的研究和开发十分引入注目，其新材料、新工艺和新器件已在诸多方面取得了成果。 2电子陶瓷材料研究现状及其应用前景 2.1 高导热、电绝缘陶瓷 绝缘陶瓷又称装置瓷，它具有高电绝缘性、优异的高频特性、良好的导热性以及高化学稳定性和机械强度等特性。 AlN于1862年首次合成[2]，20世纪50年代后期，随着非氧化物陶瓷受到重视，人们开始将AlN陶瓷作为一种新材料进行研究，侧重于将其作为结构材料应用。近10年来，AlN 陶瓷的研究热点是提高热传导性能，应用对象是电路基板和封装材料。最新研究通过采用有效的烧结助剂如CaO和Y203生产出了高纯度、高热导率的AlN。 BeO陶瓷是一种高导热率、电绝缘性能良好的材料，它对微电子集成电路的发展作出了巨大的贡献，但因其有剧毒，已逐渐被停止使用[3]。 近30年来，由于人们的重视和工业应用的需要，高导热电绝缘陶瓷逐渐发展壮大，研究方向也有了一些变化，主要表现在： (1) 新材料的开发。一方面，在原有材料的基础上开发新的材料，如在SiC中添加 2%BeO，获得SiC-BeO高导热电绝缘材料，性能优于BeO[4]；另一方面，独立开发新材料，正在开发中的有氮氧化硅（Si2ON2）、SiC纤维、氮化硅系列纤维等[5～6]。 （2）除原料配方外，成形和烧成工艺研究也取得了较大的进展。1966年Bergmann 和Barrington提出了陶瓷粉末的冲击波活化烧结新工艺的概念。在成形工艺上，20世纪90年代开发出两种泥浆原位凝固的成形工艺：凝胶浇注和直接凝聚浇注工艺。在国外的一些实验室已成功地利用这两种工艺制备出形状复杂的氧化铝、氮化硅、碳化硅等制品。 (3) 近年来，针对高导热电绝缘陶瓷制备成本高的问题，一些科技工作者着重研究如何降低制造成本，以期改变应用落后的现状。 高导热、电绝缘陶瓷具备优良的综合性能，在多方面都有着广泛的应用前景，如高温结构材料、金属熔液的浴槽、电解槽衬里、熔融盐类容器、金属基复合材料增强体和主动装甲材料等。尤其是其导热性良好、电导率低、介电常数和介电损耗低等特性，使其成为高密度集成电路基板和封装的理想材料。同时也可用作电子器件的封装材料、散热片以及高温炉的发热件等。 2.2 介电陶瓷 钛酸钡陶瓷由于具有高介电常数、良好的铁电、介电及绝缘性能，主要用于制备电容器、多层基片、各种传感器等。钛酸钡粉体的制备方法很多，其中液相合成法因具有高纯、超细、均匀等优点而倍受青睐。美国主要以草酸盐法和其它化学合成法为主[8～10]；日本则主要采用350℃以下的水热法来合成[11]；朱启安用氢氧化钡和偏钛酸为原料，制备了纯度高、粒径小的钛酸钡粉体，能满足电子工业对高质量钛酸钡粉体的需求。此外，以偏钛酸、氯化钡、碳 Doc. No : MT-FRR8_E Failure rate of Monolithic Ceramic Capacitors QA section, M.L.C.Group FUKUI MURATA MFG, CO.,LTD 1. Basic standards Test of failure rate shall be performed in accordance with MIL-STD-690, MIL-C-39014, MIL-HDBK-217, and JIS-C-5003. 2. Failure mode Failure modes are Open, Short, and other electrical items which are critical defects for Monolithic Ceramic Capacitors. 3. Calculation of failure rate 3-1. Confidence level Failure rate is calculated in the confidence level 60%. 3-2. Formula of failure rate FR = ( r/T ) x K x 109 ( Fit ) FR : Failure rate ( Fit= 0.0001%/1000 hours ) r : Number of accumulated failures ( r x K=0.917, if r=0 ) T : Accumulated component hours K : Coefficient of confidence level 60% ( Please refer to table 1) 学号： 1004230213 专业素质教育 2012 ~ 2013 学年秋季学期 学院：材料学院 专业班级：无机10—02班 姓名：宋海彬 透明陶瓷的研究现状与发展展望 摘要:陶瓷具有广大的发展前景，透明陶瓷以其优异的综合性能已成为一种新型的、备受瞩目的功能材料。综述了透明陶瓷的分类，探讨了透明陶瓷的制备工艺，并展望了透明陶的应用前景。 关键词:性能透明材料前景组成陶瓷透光性制备工艺应用 前言:1962年RLC首次报导成功地制备了透明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用。 透明陶瓷的分类 透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。 1氧化物透明陶瓷 对氧化物透明陶瓷的研究早于对非氧化物透明陶瓷的究，其制备工艺也相对成熟。到目前为止，已经先后研发出了多种材料:Be()、ScZ()3、Ti认、ZK):、Ca(〕、Th(矢、A12()3仁5·6〕、Mg()、AI()NL，」、YZ03[8·”〕、稀土元素氧化物、忆铝石榴石(3Y203·SA12()。)仁’0，”】、铝镁尖晶石(Mg()·A一2()。)〔’2，’3]和透明铁电陶瓷pLZ子川等。其中AiZ姚、M四、YZ姚以及忆铝石榴石以其自身优异的综合性能，现已经得到广泛的应用。2非氧化物透明陶瓷 对非氧化物透明陶瓷的研究是从20世纪80年代开始的。非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透明陶瓷的制备要困难得多，这是由于非氧化物透明陶瓷具有较低的烧结活性、自身含有过多的杂质元素(如氧等)，这些都成为制约非氧化物透明陶瓷实现成功烧结并得到广泛应用的主要因素。但经过各国研究人员的共同努力和深人研究，现已经成功地制备出了多种透明度很高的非氧化物透明陶瓷，其中最典型的是AIN、GaAS、MgFZ、ZnS、CaFZ等透明陶瓷。 与氧化物透明陶瓷相比，大多数的非氧化物透明陶瓷不仅室温强度高，而且高温力学性能好，此外，还具有优良的抗急冷急热冲击性能。这些都使得对非氧化物透明陶瓷的研究势在必行。 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下条件〔4〕:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小; (5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方晶系;(6)表面光洁度高。因此,对制备过程中的每一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材料。电容阻值降低、漏电失效分析
lv功能陶瓷材料论文
电容失效模式和机理
滚动轴承故障诊断与分析..
陶瓷材料论文：电子陶瓷材料的发展现状与趋势
陶瓷电容失效率计算
Failure samples Coefficient Failure samples Coefficient not applied 4 1.31 1 2.0 2 5 1.26 2 1.56 6 1.22 3 1.39 7 1.20 4. Failure rate at the rated condition Family Rated voltage Temperature Failure rate MTTF 6.3/10(v) Max.operating Temperature 10 Fit 1.0 x 108 hours GRM series Monolithic Ceramic Chip Capacitor 16 to 100(v) Max.operating Temperature 6 Fit 1.6 x 108 hours
陶瓷材料科学论文
相关主题
文本预览