氮化硅(Si3N4)陶瓷球具有质量小、自润滑、绝缘、无磁、高弹性模量、耐腐蚀等优异性能，已经广泛应用于机床主轴、电主轴、汽车发动机、航空和航天发动机、风力发电机等领域的高速、高精密、长寿命轴承中。同时，Si3N4氮化硅陶瓷球可使轴承具有质量小，摩擦损耗低和干摩擦条件下运转能力强等特点，满足航空发动机领域轴承的轻量化、长寿命和低摩擦损失的需求。
Si3N4氮化硅陶瓷球素坯密度直接影响陶瓷球烧结后的各项性能指标，提高Si3N4氮化硅陶瓷球的素坯密度有利于降低Si3N4陶瓷球烧结后的微气孔数，提高疲劳寿命。在Si3N4氮化硅陶瓷球制造过程中，影响素坯强度的最主要因素为Si3N4氮化硅喷雾造粒粉体的形貌和松装密度。研磨后Si3N4氮化硅料浆经喷雾造粒后球形化，粉体颗粒尺寸的近正态分布有利于提高粉体松装密度，提高成型的压制密度。本文分析了Si3N4氮化硅喷雾造粒粉体松装密度Si3N4氮化硅陶瓷球力学性能及显微结构的影响。
Si3N4氮化硅粉喷雾造粒
Si3N4氮化硅粉是制备Si3N4氮化硅陶瓷球的主要原料，选择合适的粉料处理方式，获得形状规则、粒度分布均匀的粉体是Si3N4氮化硅陶瓷球成型、烧结、加工等工艺能够稳定实施的基础。
氮化硅陶瓷根据雾化方式不同，Si3N4氮化硅粉的喷雾造粒方式主要有离心喷雾造粒、压力喷雾造粒及二流体喷雾造粒。压力喷雾造粒将Si3N4氮化硅粉混合均匀后的料浆通过高压喷入造粒塔进行雾化，雾滴被热气流快速干燥成球形粉体，可防止料浆中各组分团聚和沉降分层，通过控制颗粒表面溶剂的挥发速率获得颗粒形貌规则，粒度分布均匀，流动性好及松装密度合适的喷雾造粒粉体，从而改善粉体填充模具的性能，提高素坯密度及均匀性。因此，选择压力喷雾造粒方式，研究喷雾造粒粉体松装密度对Si3N4氮化硅陶瓷球性能的影响。
性能检测
按Si3N4氮化硅∶Y?O?∶Al?O?=92%∶4%∶4%(质量比)进行配料后加入球磨机，以无水乙醇为溶剂，Si3N4球为研磨介质进行混合和分散，混合时间为24h，Si3N4氮化硅球与混合粉体的质量比为3∶1。混合均匀后浆料固相的质量分数为55%，黏度为MPa·s。通过控制喷雾干燥塔进口温度和喷片孔径获得不同松装密度的造粒粉体。使用干压机将Si3N4喷雾造粒粉体压制成为直径8.mm的陶瓷球素坯，然后进行气氛压力烧结，烧结温度为℃，升温速率为3℃/min，保温时间为1.5h，氮气压力为9MPa。制备好后进行性能检测。
根据阿基米德排水法原理，采用油浸法测试Si3N4氮化硅陶瓷球素坯密度，利用排水法测试烧结密度。利用BT-粉体综合热性测试仪测试喷雾造粒粉体松装密度；利用筛分法测试喷雾造粒粉体颗粒级配；采用万能试验机测试氮化硅陶瓷球压碎载荷，与同规格钢球的压碎载荷标准值对比得到压碎载荷比；采用压痕法测试Si3N4氮化硅陶瓷球维氏硬度及断裂韧性，每个Si3N4氮化硅陶瓷球取5个点的算术平均值作为最终结果；利用材料力学万能试验机测试Si3N4氮化硅陶瓷材料三点弯曲强度。
采用金相显微镜评价Si3N4氮化硅陶瓷球内部气孔，采用体视显微镜分析喷雾造粒粉体颗粒形貌，采用扫描电子显微镜分析Si3N4氮化硅陶瓷球微观组织及晶粒断裂形貌。
陶瓷雕铣机陶瓷精密加工