本發明涉及儲油器制造領域，具體的說是一種具有梯度孔隙結構的儲油器及其制備方法。

背景技術：

1、隨著國家航天事業的日益發展，空間運動部件越來越多地用于空間有效載荷中，其運轉可靠性是衛星壽命的主要影響因素之一?？臻g運動部件中的滾動軸承供油系統是由多孔含油保持架和輔助的儲油器共同構成，這是由于保持架中的含油量不足以滿足設計要求，為保證滾動軸承的長壽命需求，通常在軸承的安裝部位設計儲油器，隨著軸承運轉，儲油器內部的潤滑油由上下兩端緩慢向軸承移動，補充軸承所消耗的潤滑油。

2、儲油器大多與含油保持架材料相同，為多孔聚酰亞胺材料，為保證潤滑壽命要求，儲油器設計的含油率一般在22-25％左右，因此材料的孔徑孔隙率較大，然而由于服役環境更加嚴苛，高溫更高、高低溫交變周期更多，現有孔隙結構的儲油器在模擬地面跑合試驗過程中，容易出現出油過快、出油量過多，導致供油系統的摩擦力矩不穩定，軸承組件跑合試驗電流波動較大的情況，無法保證長時間精準供油。

3、基于此，有必要設計一種新的儲油器，能夠有效降低高溫出油速率。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中的不足，本發明提供一種具有梯度孔隙結構的儲油器及其制備方法，儲油器的中間孔隙率大，而兩端孔隙率小，在保證潤滑油量的前提下，能有效解決軸承組件在高溫段或高低溫交變時大量出油導致電流不穩的難題，使儲油器在該狀態下緩慢出油，供油系統實現長時間精準供油。

2、為了實現上述目的，本發明采用的具體方案為：

3、一方面，本發明提供了一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，所述儲油器在軸向上自中部至上下端部的孔隙率逐漸減小，其制備方法主要包括如下步驟：

4、s1、按照設計的梯度組分、梯度層數和每層中組分含量將每層所需的原料進行充分混合，得到每層所需的原料；所有原料按重量百分比計包含70～100％的聚酰亞胺，自中部至上下端部所用的原料中聚酰亞胺的粒徑梯度減小；

5、s2、將每層所需的原料分別進行冷等靜壓，得到坯料；再將坯料按照設計的梯度組分、梯度層數和每層中組分含量進行疊放后冷等靜壓，得到預制坯；

6、s3、將預制坯置于模具中，進行放電等離子燒結，得到燒結坯；

7、s4、將燒結坯脫模加工成目標尺寸的儲油器。

8、進一步地，儲油器中部的孔隙率為30～40％，上下端部的孔隙率為15～20％。

9、進一步地，步驟s1中，按重量百分比計，每層所需的原料除包含70～100％的聚酰亞胺外，還包含0～10％的聚醚醚酮、以及0～20％的聚四氟乙烯。

10、進一步地，步驟s1中，所述聚酰亞胺為單醚酐聚酰亞胺，粒度為10～30μm。

11、進一步地，步驟s1中，各層所需原料的制備方法為：

12、步驟(1)、按重量百分比稱取原料；若原料僅包含聚酰亞胺，則完成原料的制備；若原料還包含其余原料，則進行下一步驟；

13、步驟(2)、將聚酰亞胺在真空條件下，于200℃的溫度下預處理2h，將聚醚醚酮在真空條件下，于160℃的溫度下預處理2h，然后置于聲學共振混合儀內充分混合均勻；若原料僅包含聚酰亞胺和聚醚醚酮，則完成原料的制備；若原料中還包含聚四氟乙烯，則進行下一步驟；

14、步驟(3)、將聚四氟乙烯在低于5℃的低溫環境中放置12h，然后放入聲學共振混合儀內，控制聲學共振混合儀內的溫度低于10℃，再次混合均勻。

15、進一步地，步驟s2中，將混合粉末壓制成坯料時，冷等靜壓的壓力為80～110kn，坯料高度為3～15mm；

16、將坯料壓制成預制坯時，冷等靜壓的壓力為50～100kn，保壓3～5min。

17、進一步地，步驟s3中，所述模具采用炭微球基細顆粒等靜壓石墨制備，石墨熱導率為90～140w/m·k，孔隙率7～10％，密度為1.80～1.95g/cm3。

18、進一步地，步驟s3中，模具整體呈圓桶狀，模具高度＝3×儲油器高度，模具內徑＝儲油器外徑+(6～10)mm，模具外徑＝(1.5～2)×模具內徑。

19、進一步地，步驟s3中，將模具連同預制坯一同置于放電等離子燒結設備中，在真空度小于10pa的條件下，在3～10mpa的恒定壓力下，以60～150℃/min的升溫速率快速升溫至230-270℃，保溫2～5min；然后以相同的升溫速率升溫至340～370℃，保溫10～20min；隨后水冷3～5min使溫度降至100℃以下。

20、另一方面，本發明提供了一種具有梯度孔隙結構的儲油器，其是采用上述的方法制備的。

21、有益效果：

22、(1)本發明設計的具有梯度孔隙結構的儲油器，中間孔隙率大，則含油率大，兩端孔隙率小，含油率小，能有效解決軸承在運轉過程中在高溫段或高低溫交變時大量出油的難題，使儲油器在該狀態下緩慢出油，供油系統實現長時間精準供油。此外，通過預制坯料，相比直接以粉料層層鋪放，能夠有效控制材料總體孔隙，確保材料初始含油量及預期設計潤滑壽命，且材料批次一致性較高。

23、(2)本發明采用放電等離子燒結，與傳統的多孔聚酰亞胺材料真空燒結、氮氣燒結、熱壓燒結相比，燒結時間由傳統的2～4小時，有效縮短至25min以內，生產效率至少提升3.8倍。

24、(3)本發明的原料中添加有聚醚醚酮，聚醚醚酮在高溫下流動擴散，能夠有效粘合各梯度層，同時封堵孔隙，達到儲油器材料孔隙調控的目的，此外，在所有坯料壓制后，再堆疊進行冷等靜壓壓制，也可使層間間隙進一步減小，該組合技術有效解決梯度堆疊分層、不粘合的問題。

25、(4)本發明采用炭微球基細顆粒等靜壓石墨作為放電等離子燒結設備的模具，對于該類有機高分子不導電的材料，該石墨模具導熱性好，加之燒結工藝的設計，能夠有效解決燒結過程溫度梯度過大，導致材料結構不均勻，甚至開裂等問題。同時該石墨孔隙率較小，密度較大，材料均勻且致密度高，避免石墨細小顆粒堵塞復合材料的微孔。

26、(5)本發明采用聲學共振儀進行混料，同時采用分步混料方式，既實現了混合均勻，又避免了長時間混料、設備發熱所導致的聚四氟乙烯纖維化，與傳統的高速混料機、高速組織搗碎機等設備相比，該方式不存在混料死角，避免了多組分混合料不均勻的情況。

技術特征：

1.一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，所述儲油器在軸向上自中部至上下端部的孔隙率逐漸減小，其制備方法主要包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，儲油器中部的孔隙率為30~40%，上下端部的孔隙率為15~20%。

3.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，步驟s1中，按重量百分比計，每層所需的原料除包含70~100%的聚酰亞胺外，還包含0~10%的聚醚醚酮、以及0~20%的聚四氟乙烯。

4.根據權利要求3所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述聚酰亞胺為單醚酐聚酰亞胺，粒度為10~30μm。

5.根據權利要求3所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，步驟s1中，各層所需原料的制備方法為：

6.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，步驟s2中，將混合粉末壓制成坯料時，冷等靜壓的壓力為80~110kn，坯料高度為3~15mm；

7.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述模具采用炭微球基細顆粒等靜壓石墨制備，石墨熱導率為90~140w/m·k，孔隙率7~10%，密度為1.80~1.95g/cm3。

8.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，步驟s3中，模具整體呈圓桶狀，模具高度=3×儲油器高度，模具內徑=儲油器外徑+（6~10）mm，模具外徑=（1.5~2）×模具內徑。

9.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔隙結構的儲油器的制備方法，其特征在于，步驟s3中，將模具連同預制坯一同置于放電等離子燒結設備中，在真空度小于10pa的條件下，在3~10mpa的恒定壓力下，以60~150℃/min的升溫速率快速升溫至230-270℃，保溫2~5min；然后以相同的升溫速率升溫至340~370℃，保溫10~20min；隨后水冷3~5min使溫度降至100℃以下。

10.一種具有梯度孔隙結構的儲油器，其特征在于，其是采用權利要求1-9任一項所述的方法制備的。

技術總結
本發明提供一種具有梯度孔隙結構的儲油器及其制備方法，其制備方法為：先按照設計的梯度組分、梯度層數和每層中組分含量將每層所需的原料進行充分混合，得每層所需的原料；所有原料按重量百分比計包含70~100%的聚酰亞胺，自中部至上下端部所用的原料中聚酰亞胺的粒徑梯度減?。蝗缓髮⒚繉铀璧脑戏謩e進行冷等靜壓，得到坯料；再將坯料疊放后冷等靜壓，得到預制坯；將預制坯置于模具中進行放電等離子燒結，得到燒結坯；最后對燒結坯加工即得儲油器。儲油器的中間孔隙率大而兩端孔隙率小，在保證潤滑油量的前提下，能有效解決軸承組件在高溫段或高低溫交變時大量出油導致電流不穩的難題，使儲油器在該狀態下緩慢出油，供油系統實現長時間精準供油。

技術研發人員：李媛媛,孫小波,楚婷婷,李柯穎,姚春偉,焦中遠,楊志堅,孫合西,閆玉杰,馬江周
受保護的技術使用者：洛陽軸承研究所有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28