CN103232229B - 一种超耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超耐磨氧化铝陶瓷球，其化学组成为：Al2O3：90～95wt%、SiO2：5～8wt%、CaO：0.3～0.5wt%、MgO：0.5～0.9wt％、ZrO：1～2wt%、La2O3/Y2O3：0.1～0.5wt%，当量磨耗小于0.072‰。提供的制备方法采用氧化铝粉料和其它矿物原料进行配料,通过练泥、烘干、煅烧合成、球磨、造粒、成型、烧成工序获得产品。本发明不仅使产品耐磨性能达到氧化锆陶瓷球的标准，而且原料成本更低，研磨性能更好，产品性价比高，更适合在生产中应用，降低企业的生产成本，提高企业的生产效率。
Description
技术领域
本发明属无机非金属材料（陶瓷）领域，具体涉及用氧化铝制备的超耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法。
背景技术
球磨机广泛用于冶金、矿产、电力、建材、化工等领域，是一种使用极为广泛的粉碎设备。研磨介质是球磨机粉碎物料的关键，它的形状一般为球体或圆柱体，依靠研磨介质在球磨机内的滚动、撞击、挤压、摩擦等各种复杂的运动，将物料粉碎。研磨介质的质量，不仅直接影响到生产效率的高低，而且还会影响到产品质量的好坏。研磨介质一般按密度进行分类，可分为：低密度磨介(如普通陶瓷球，燧石质硅石和鹅卵石等)，比重约为2.3～2.6；中密度磨介(如高铝质磨介)，比重约为2.6～3.2；高密度磨介(如刚玉，锆质磨介等)，比重一般大于3.2。
近年来随着陶瓷工业的迅速发展，一方面，高品位的天然研磨介质材料(鹅卵石和燧石)资源正日益枯竭，另一方面，天然石材在质量上已无法满足日益发展的高技术产品的要求。而人造研磨介质具有机械强度高、硬度高、密度大、高温性能好、对物料无污染或污染很小、耐酸碱腐蚀能力强、耐磨性能优异等优点，人造研磨介质正逐渐替代天然研磨材料。目前我国市场销售的陶瓷研磨介质主要包括氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等系列品种。其中氧化铝和氧化锆使用的最为广泛。氧化铝陶瓷球由于具有合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀、价格低，因此被广泛应用于白色水泥、矿物、陶瓷、电子材料、磁性材料以及涂料、油漆、化妆品、食品、制药等行业原材料的研磨和加工，是一种优质的研磨介质。然而目前氧化铝陶瓷球主要存在：磨耗较大，强度不足，球磨效率低等问题，与氧化锆陶瓷球相比，氧化锆的强度、断裂韧性均为氧化铝陶瓷二到三倍，氧化锆的当量磨耗比氧化铝球的小上百倍，但是氧化锆陶瓷球原料价格很高，生产成本居高不下，市场销售的价格很高，所以制备出低磨耗、高性能的陶瓷球的应用前景很可观。因此，提供一种新的氧化铝陶瓷球产品，显著提高产品的主要性能指标，使其达到或超过氧化锆陶瓷球的标准具有重大创新意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种超耐磨氧化铝陶瓷球，其主要性能指标达到或超过氧化锆陶瓷球的主要性能标准，本发明的第二个目的是提供这种超耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，解决现有氧化铝瓷球磨耗较大的问题。
为解决上述技术问题，本发明通过对氧化铝瓷球原料配方进行优化，引入少量稀土La2O3/Y2O3 、TZP等物质，使氧化铝陶瓷球的化学组成为：Al2O3：90～95 wt%、SiO2：5～8 wt%、CaO：0.3～0.5 wt%、MgO：0.5～0.9 wt％、ZrO：1～2 wt%、La2O3/Y2O3：0.1～0.5 wt%。经烧结的含有上述组成及含量的氧化铝陶瓷球，其当量磨耗小于0.072‰。
本发明提供含有上述组成及含量的氧化铝陶瓷球的制备方法，包括采用氧化铝粉料和其它矿物原料进行配料,原料配方为：氧化铝粉90～95 wt%，高岭土4～8 wt%，滑石0.5～0.9 wt%， TZP 1～2 wt%，稀土0.1～0.5 wt%；
采用下述工艺进行制备：
一、练泥
①把原料混合物及水按照比例放入球磨机中球磨，运行15～30小时放浆；
②泥浆入池后，启动搅拌机、抽浆机，经振动筛过滤，同时流入除铁浆槽；
③经除铁浆槽后，再由抽浆泵将泥浆泵到榨泥机，使泥浆脱水制成泥饼；
二、烘干：将制成的泥饼送入烘房在40～60℃下烘干至水分3%；
三、煅烧合成：将烘干的泥饼送入窑炉在1450～1550℃进行煅烧合成；
四、球磨：将煅烧合成的半成品再放入球磨机进行研磨；
五、造粒：将经过研磨后的浆料送入喷雾造粒塔中进行造粒；
六、成型：将经喷雾造粒塔造粒粉料进行成型，本发明中运用到的成型方法主要有滚动成型和等静压成型；
七、烧成：将成型后的半成品放入匣钵，进入窑炉中，经在 1450～1600℃保温2小时后，即烧制成功。
本发明都是采用工业原料，原料来源都很广。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：对于现有的氧化铝陶瓷球的当量磨耗为0.1‰；最理想的研磨介质氧化锆的当量磨耗为0.072‰，然而本发明氧化铝陶瓷球所达到的当量磨耗为0.062‰，显然比现有的氧化铝陶瓷球的磨耗更优越，比氧化锆陶瓷球的还小。氧化锆陶瓷球的价格比本发明制备的超耐磨陶瓷球高数十倍，故此发明具有很高的价值和创造意义。
具体配方优化的实施方式：
实施例1: 氧化铝粉 90 %，高岭土 7%，滑石 0.7%， TZP 2%，稀土（La2O3/Y2O3 ）0.3%
一、练泥
①把原料混合物及水按照比例放入球磨机中球磨，运行20小时放浆；
②泥浆入池后，启动搅拌机、抽浆机，经振动筛过滤，同时流入除铁浆槽；
③经除铁浆槽后，再由抽浆泵将泥浆泵到榨泥机，使泥浆脱水制成泥饼；
二、烘干：将制成的泥饼送入烘房在45℃下烘干至水分3%；
三、煅烧合成：将烘干的泥饼送入窑炉在1450℃进行煅烧合成；
四、球磨：将煅烧合成的半成品再放入球磨机进行研磨；
五、造粒：将经过研磨后的浆料送入喷雾造粒塔中进行造粒；
六、成型：将喷雾造粒塔造粒粉料采用等静压进行成型；
七、烧成：将成型后的半成品放入匣钵，进入窑炉中，经在1550℃保温2小时，即烧制成功。
实施例2：氧化铝粉92 %，高岭土 6 %，滑石 0.5 %，TZP 1.2%，稀土（La2O3/Y2O3 ） 0.3 %
一、练泥
①把原料混合物及水按照比例放入球磨机中球磨，运行22小时放浆；
②泥浆入池后，启动搅拌机、抽浆机，经振动筛过滤，同时流入除铁浆槽；
③经除铁浆槽后，再由抽浆泵将泥浆泵到榨泥机，使泥浆脱水制成泥饼；
二、烘干：将制成的泥饼送入烘房在50℃下烘干至水分3%；
三、煅烧合成：将烘干的泥饼送入窑炉在1500℃进行煅烧合成；
四、球磨：将煅烧合成的半成品再放入球磨机进行研磨；
五、造粒：将经过研磨后的浆料送入喷雾造粒塔中进行造粒；
六、成型：将经喷雾造粒塔造粒粉料进行成型，本发明中运用到的成型方法主要有滚动成型和等静压成型；
七、烧成：将成型后的半成品放入匣钵，进入窑炉中，经在 1580℃保温2小时后，即烧制成功。
实施例3: 氧化铝粉94 %，高岭土 4 %，滑石 0.5 %，TZP 1.4%，稀土（La2O3/Y2O3 ） 0.1 %
一、练泥
①把原料混合物及水按照比例放入球磨机中球磨，运行25小时放浆；
②泥浆入池后，启动搅拌机、抽浆机，经振动筛过滤，同时流入除铁浆槽；
③经除铁浆槽后，再由抽浆泵将泥浆泵到榨泥机，使泥浆脱水制成泥饼；
二、烘干：将制成的泥饼送入烘房在48℃下烘干至水分3%；
三、煅烧合成：将烘干的泥饼送入窑炉在1550℃进行煅烧合成；
四、球磨：将煅烧合成的半成品再放入球磨机进行研磨；
五、造粒：将经过研磨后的浆料送入喷雾造粒塔中进行造粒；
六、成型：将经喷雾造粒塔造粒粉料进行成型，本发明中运用到的成型方法主要有滚动成型和等静压成型；
七、烧成：将成型后的半成品放入匣钵，进入窑炉中，经在 1600℃保温2小时后，即烧制成功。
按照工业陶瓷行业标准，将制备的超耐磨氧化铝陶瓷球放在聚氨酯罐中以规定的条件冲击研磨，考核氧化铝陶瓷球的耐磨性能，氧化铝陶瓷球的耐磨性能测试数据值见下表：
由上述结果可知：采用此配方制备出的陶瓷球的最佳的当量磨耗为0.062‰，而市场上采用普通配方制备的陶瓷球的平均当量磨耗为0.15‰，同比提高了240%，故本发明制造的氧化铝陶瓷球在一定范围上超越普通配方制备的氧化铝陶瓷球。而且氧化锆研磨介质的当量磨耗为0.072‰，本发明的陶瓷球甚至超越了氧化锆陶瓷球的性能，此发明不仅能降低企业生产成本，而且研磨效率更高，延长了氧化铝陶瓷球的使用寿命，提高了企业的生产效率。
Claims (1)
1.一种超耐磨氧化铝陶瓷球，其特征在于：氧化铝陶瓷球的化学组成为：Al2O3：90～95 wt%、SiO2：5～8 wt%、CaO：0.3～0.5 wt%、MgO：0.5～0.9 wt％、ZrO2：1～2 wt%、La2O3/Y2O3：0.1～0.5 wt%，经烧结后的当量磨耗小于0.072‰；
所述超耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，包括采用氧化铝粉料和其它矿物原料进行配料, 其特征在于原料配方为：氧化铝粉90～95 wt%，高岭土4～8 wt%，滑石0.5～0.9 wt%， TZP 1～2 wt%，稀土0.1～0.5 wt%；采用下述工艺进行制备：
一、练泥：
①把原料混合物及水按照比例放入球磨机中球磨，运行15～30小时放浆；
②泥浆入池后，启动搅拌机、抽浆机，经振动筛过滤，同时流入除铁浆槽；
③经除铁浆槽后，再由抽浆泵将泥浆泵到榨泥机，使泥浆脱水制成泥饼；
二、烘干：将制成的泥饼送入烘房在40～60℃下烘干至水分3%；
三、煅烧合成：将烘干的泥饼送入窑炉在1450～1550℃进行煅烧合成；
四、球磨：将煅烧合成的半成品再放入球磨机进行研磨；
五、造粒：将经过研磨后的浆料送入喷雾造粒塔中进行造粒；
六、成型：将经喷雾造粒塔造粒粉料进行滚动成型或等静压成型；
七、烧成：将成型后的半成品放入匣钵，进入窑炉中，经在 1450～1600℃烧结，保温2小时后获得制品。
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