專利名稱：高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠及其生產(chǎn)工藝，屬于研磨介質(zhì)
技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著粉體超細(xì)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、造紙、陶瓷、化工、油漆、油墨、塑料等行業(yè)對(duì)粉體細(xì)度的要求越來(lái)越高，甚至有些粉體需達(dá)到納米級(jí)。使用超細(xì)粉體后，材料的性能會(huì)得到提高。國(guó)內(nèi)外采用物理方法對(duì)物料進(jìn)行超細(xì)研磨，最佳、最經(jīng)濟(jì)的方法是濕法研磨，該工藝中必不可少地要用到各類直徑規(guī)格的陶瓷研磨介質(zhì)。
目前主要有以下幾種材質(zhì)陶瓷研磨介質(zhì) ①普通陶瓷研磨介質(zhì)(主晶相為0_氧化鋁、莫來(lái)石及玻璃相)，其組份^1203 :55%， Si02 :35-40%， K20+Na20 :5%， Zr02 :0-2% ;生產(chǎn)工藝原料干法球磨混合一滾動(dòng)成型一高溫?zé)Y(jié)一拋光一成品。采用添加長(zhǎng)石粉，液相燒結(jié)而成；陶瓷產(chǎn)品晶相粗，真密度2. 5-3. 0g/cm 壓碎強(qiáng)度〈600N，耐磨性較差，綜合性價(jià)比低。 ②氧化鋁質(zhì)陶瓷研磨介質(zhì)(主晶相為a -氧化鋁晶相)，其組份A1203 :90_99%，Si02 :0. 1-6%， CaO :0. 1-0. 2% ;生產(chǎn)工藝原料濕法球磨一噴霧干燥一< # 20球用滾動(dòng)成型一高溫?zé)Y(jié)一拋光一成品；可參見專利200710014580X。該類產(chǎn)品主要應(yīng)用于陶瓷行業(yè)或硬質(zhì)礦物原料(如鋯英砂)的研磨，真密度^3.6g/cm3，壓碎強(qiáng)度在800N左右，氧化鋁質(zhì)材料脆性大，缺少韌性，耐磨性也較差，不適宜在高速磨機(jī)中應(yīng)用，只能應(yīng)用于傳統(tǒng)慢速球磨機(jī)。 ③電熔法硅酸鋯質(zhì)陶瓷研磨介質(zhì)(主晶相為硅酸鋯晶相)真密度為3. 7 3. 9g/cm 其組份Zr02 :66-68%， Si02 : 32-35% ;生產(chǎn)工藝原料混合一電熔爐高溫融到液態(tài)一壓縮氣體噴吹成球一分篩拋光一成品。電熔至液態(tài)，能耗大，導(dǎo)致成本較高；壓縮氣體噴吹時(shí)會(huì)造成陶瓷珠內(nèi)部帶進(jìn)氣泡缺陷，導(dǎo)致致密性欠佳；產(chǎn)品圓整度差，有大量橢圓及附著小珠現(xiàn)象，無(wú)法生產(chǎn)直徑①3mm以上規(guī)格的產(chǎn)品。 ④氧化鋯質(zhì)陶瓷研磨介質(zhì)(主晶相為四方氧化鋯晶相)真密度為6. 0g/cm3，其組份Zr02 : 95%， Y203 :5%，生產(chǎn)工藝釔穩(wěn)定氧化鋯粉一等靜壓或滾動(dòng)成型一高溫?zé)Y(jié)一拋光一成品；不適合設(shè)計(jì)用中、低密度陶瓷磨介的研磨機(jī)中，且價(jià)格昂貴。
因此，迫切需要一種耐磨性能優(yōu)良、生產(chǎn)成本低的陶瓷研磨介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠及其生產(chǎn)工藝。 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) 高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠，成分的質(zhì)量百分含量為Zr02 :2 65%，A1203 :2 60%， Si02 :10 50%， MgO+混合稀土 5%。
進(jìn)一步地，上述的高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠，所述陶瓷珠的理化性質(zhì)真密度3. 0 4. 5g/cm3，晶粒大小< 2. 0 ii m，磨耗《0. 5g/hr. kg，莫氏硬度> 7，壓碎強(qiáng)度800 1400N。 更進(jìn)一步地，高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠的生產(chǎn)工藝，包括如下步驟——
①原料混合將鋯英砂、氧化鋯粉、氧化鋁粉、氧化鎂、高嶺土及混合稀土混合均勻； ②濕法球磨采用濕法球磨的方法將原料球磨至粒度< 2 ii m，出磨；
③干燥噴霧干燥制得超細(xì)粉體； 成型滾動(dòng)成型制得直徑為0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠； ⑤燒結(jié)按升溫曲線燒結(jié)至1450°C，自然冷卻； 拋光加水自然拋光，獲得高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。 再進(jìn)一步地，上述的高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠的生產(chǎn)工藝，步驟④的成型工序中，先制備種珠將超細(xì)粉體放入成珠機(jī)，加入水，攪拌混合均勻，過(guò)篩，制得粒徑為0. lmm的種珠；再滾制珠向滾動(dòng)成珠機(jī)中加入種珠，滾動(dòng)成型時(shí)，按照超細(xì)粉體與水重量
比1 : 1向滾動(dòng)成珠機(jī)內(nèi)連續(xù)加料，滾動(dòng)5 30hr。 再進(jìn)一步地，上述的高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠的生產(chǎn)工藝，步驟⑤燒結(jié)工序，先窯爐內(nèi)50°C /hr的速度從常溫升至30(TC，然后以80°C /hr升溫至120(TC，保溫1小時(shí)；再以90°C /hr升溫至145(TC，保溫2小時(shí)后，自然降溫，出窯。
本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在
本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，需要的設(shè)備少、一次性投資小，成本低，易規(guī)?；a(chǎn)，廣泛用于生產(chǎn)粒徑0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠；制得的陶瓷珠密度可靈活調(diào)整，適應(yīng)面廣，耐磨，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。產(chǎn)品技術(shù)性能超過(guò)進(jìn)口電熔法硅酸鋯珠，并完全替代進(jìn)口同類產(chǎn)品。優(yōu)越的耐磨性能，使之可替代目前市場(chǎng)上大量使用的真密度為3. 6 3. 9g/cm3的氧化鋁球。該技術(shù)方案堪稱為具有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性的新技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)顯著。
具體實(shí)施例方式
高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠，成分的質(zhì)量百分含量為Zr02 :2 65%，A1203 :2 60%， Si02 :10 50%， MgO+混合稀土 5%。其理化性質(zhì)真密度3. 0 4. 5g/cm3，晶粒大小< 2. 0 ii m，磨耗《0. 5g/hr. kg (2000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢钘l件下)，莫氏硬度^ 7，壓碎強(qiáng)度:■ 1400N。 生產(chǎn)高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠的工藝過(guò)程為①原料混合將鋯英砂、氧化鋯粉、氧化鋁粉、氧化鎂、高嶺土及混合稀土混合均勻(鋯英砂中含有Zr02及Si02，高嶺土中含有A1203及Si02等)；②濕法球磨采用濕法球磨的方法將原料球磨至粒度< 2 ii m，出磨；③干燥噴霧干燥制得超細(xì)粉體； 成型滾動(dòng)成型制得直徑為。0. 2 ①15mm的陶瓷珠；⑤燒結(jié)按升溫曲線燒結(jié)至145(TC，自然冷卻；⑥拋光加水自然拋光，獲得高耐磨、
高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。
實(shí)施例1 配料3份鋯英砂、1份氧化鋯粉、27份氧化鋁粉、64份高嶺土、3份氧化鎂、2份混合稀土，充分混合均勻；
用濕法球磨的方法將原料球磨至粒度< 2 m，出磨，噴霧造粒，制得超細(xì)粉體；
滾動(dòng)成珠種珠的制備將lOOKg的超細(xì)粉體放入成珠機(jī)，加入10Kg的水，攪拌混合均勻，過(guò)篩，制得粒徑為0. lmm的種珠；珠的滾制向滾動(dòng)成珠機(jī)中加入種珠，滾動(dòng)成型時(shí)，按照超細(xì)粉體與水重量比l : 0.2向滾動(dòng)成珠機(jī)內(nèi)連續(xù)加料加水；滾動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)成珠的直徑，滾動(dòng)5 30h，制得直徑為0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠；加水自然磨光1 2hr ; 烘干在自然條件下將磨光的陶瓷珠風(fēng)干； 燒成工序，按照下列燒成曲線進(jìn)行窯爐內(nèi)50°C /hr的速度從常溫升至30(TC，然后以80°C /hr升溫至120(TC，保溫1小時(shí)；然后以90°C /hr升溫至145(TC，保溫2小時(shí)后，自然降溫至20(TC，出窯。 拋光，獲得高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。 理化性質(zhì)真密度3. 0g/cm3，晶粒大小< 2 ii m，磨耗《0. 5g/hr. kg. 2000轉(zhuǎn)/分，莫氏硬度^ 7. 2，壓碎強(qiáng)度^ 800N。
實(shí)施例2 配料15份鋯英砂、15份氧化鋯粉、25份氧化鋁粉、40份高嶺土、3份Mg0、2份混合稀土，充分混合均勻； 用濕法球磨的方法將原料球磨至粒度為< 2 ii m，出磨，噴霧造粒，制得超細(xì)粉體；
滾動(dòng)成珠種珠的制備將100Kg的超細(xì)粉體放入成珠機(jī)，加入10Kg的水，攪拌混合均勻，過(guò)篩，制得粒徑為0. lmm的種珠；珠的滾制向滾動(dòng)成珠機(jī)中加入種珠，滾動(dòng)成型時(shí)，按照超細(xì)粉體與水重量比l : 0.2向滾動(dòng)成珠機(jī)內(nèi)連續(xù)加料；滾動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)成珠的直徑，滾動(dòng)5 30hr，制得直徑為0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠；加水自然磨光1 2hr ;
烘干在自然條件下將磨光的陶瓷珠風(fēng)干； 燒成工序，按照下列燒成曲線進(jìn)行窯爐內(nèi)50°C /hr的速度從常溫升至30(TC，然后以80°C /hr升溫至120(TC，保溫1小時(shí)；然后以90°C /hr升溫至145(TC，保溫2小時(shí)后，自然降溫至30(TC，出窯。 拋光，獲得高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。 理化性質(zhì)真密度3. 6g/cm3，晶粒大小< 2 y m，磨耗《0. 4g/hr. kg. 2000轉(zhuǎn)/分，莫氏硬度^ 7. O，壓碎強(qiáng)度》IOOON。
實(shí)施例3 配料30份鋯英砂、35份氧化鋯粉、20份氧化鋁粉、10份高嶺土、4份Mg0、1份混合稀土，充分混合均勻； 用濕法球磨的方法將原料球磨至粒度為< 2 ii m，出磨，噴霧造粒，制得超細(xì)粉體；
滾動(dòng)成珠種珠的制備將100Kg的超細(xì)粉體放入成珠機(jī)，加入10Kg的水，攪拌混合均勻，過(guò)篩，制得粒徑為0. lmm的種珠；珠的滾制向滾動(dòng)成珠機(jī)中加入種珠，滾動(dòng)成型時(shí)，按照超細(xì)粉體與水重量比l : 0.2向滾動(dòng)成珠機(jī)內(nèi)連續(xù)加料；滾動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)成珠的直徑，滾動(dòng)5 30hr，制得直徑為0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠；加水自然磨光1 2hr ;
烘干在自然條件下將磨光的陶瓷珠風(fēng)干； 燒成工序，按照下列燒成曲線進(jìn)行窯爐內(nèi)50°C /hr的速度從常溫升至30(TC，然后以80°C /hr升溫至120(TC，保溫1小時(shí)；然后以90°C /hr升溫至145(TC，保溫2小時(shí)后，自然降溫至30(TC，出窯；
拋光，獲得高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。 理化性質(zhì)真密度4. 0g/cm3，晶粒大小< 2 ii m，磨耗《0. 35g/hr. kg. 2000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢瑁嫌捕萟 7. 5，壓碎強(qiáng)度^ 1200N。
實(shí)施例4 配料45份鋯英砂、48份氧化鋯粉、1份氧化鋁粉、1份高嶺土、2份MgO及3份混合稀土，充分混合均勻； 用濕法球磨的方法將原料球磨至粒度為< 2 ii m，出磨，噴霧造粒，制得超細(xì)粉體；
滾動(dòng)成珠種珠的制備將100Kg的超細(xì)粉體放入成珠機(jī)，加入10Kg的水，攪拌混合均勻，過(guò)篩，制得粒徑為0. lmm的種珠；珠的滾制向滾動(dòng)成珠機(jī)中加入種珠，滾動(dòng)成型時(shí)，按照超細(xì)粉體與水重量比l : 1向滾動(dòng)成珠機(jī)內(nèi)連續(xù)加料；滾動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)成珠的直徑，滾動(dòng)5 30hr，制得直徑為0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠；加水自然磨光1 2hr ;
烘干在自然條件下將磨光的陶瓷珠風(fēng)干； 燒成工序，按照下列燒成曲線進(jìn)行窯爐內(nèi)50°C /hr的速度從常溫升至30(TC，然后以80°C /hr升溫至120(TC，保溫1小時(shí)；然后以90°C /hr升溫至145(TC，保溫2小時(shí)后，自然降溫至30(TC，出窯； 拋光，獲得高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。 理化性質(zhì)真密度4. 5g/cm3，晶粒大小< 2 y m，磨耗《0. 3g/hr. kg. 2000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?，莫氏硬度^ 7. 5，壓碎強(qiáng)度^ 1300N。 綜上所述，本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，需要的設(shè)備少、一次性投資小，成本低，易規(guī)?；a(chǎn)，廣泛用于生產(chǎn)粒徑0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠；制得的陶瓷珠密度可靈活調(diào)整，適應(yīng)面廣，耐磨，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。產(chǎn)品技術(shù)性能超過(guò)進(jìn)口電熔法硅酸鋯珠，并完全替代進(jìn)口同類產(chǎn)品。優(yōu)越的耐磨性能，使之可替代目前市場(chǎng)上大量使用的真密度為3. 6 3. 9g/cm3的氧化鋁球；該技術(shù)方案堪稱為具有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性的新技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣闊。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠，其特征在于成分的質(zhì)量百分含量為ZrO22～65％，Al2O32～60％，SiO210～50％，MgO+混合稀土5％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠，其特征在于所述陶瓷珠的理化性質(zhì)真密度3. 0 4. 5g/cm3，晶粒大小< 2. 0線磨耗《0. 5g/hr. kg，莫氏硬度 > 7，壓碎強(qiáng)度800 1400N。
3. 權(quán)利要求1所述的高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括 如下步驟——① 原料混合將鋯英砂、氧化鋯粉、氧化鋁粉、氧化鎂、高嶺土及混合稀土混合均勻；② 濕法球磨采用濕法球磨的方法將原料球磨至粒度< 2 il m，出磨；③ 干燥噴霧干燥制得超細(xì)粉體； 成型滾動(dòng)成型制得直徑為0 0. 2 ①15mm的陶瓷珠； 燒結(jié)按升溫曲線燒結(jié)至1450°C，自然冷卻； 拋光加水自然拋光，獲得高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠的生產(chǎn)工藝，其特征在于 步驟④的成型工序中，先制備種珠將超細(xì)粉體放入成珠機(jī)，加入水，攪拌混合均勻，過(guò)篩，制得粒徑為0. lmm的種珠；再滾制珠向滾動(dòng)成珠機(jī)中加入種珠，滾動(dòng)成型時(shí)，按照超細(xì)粉 體與水重量比1 : 1向滾動(dòng)成珠機(jī)內(nèi)連續(xù)加料，滾動(dòng)5 30hr。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠的生產(chǎn)工藝，其特征在 于步驟⑤燒結(jié)工序，先窯爐內(nèi)50°C /hr的速度從常溫升至30(TC，然后以80°C /hr升溫至 120(TC，保溫1小時(shí)；再以90°C /hr升溫至145(TC，保溫2小時(shí)后，自然降溫，出窯。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高耐磨、高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠及其生產(chǎn)工藝，其成分含量ZrO22～65％，Al2O32～60％，SiO210～50％，MgO+混合稀土5％。生產(chǎn)時(shí)先將鋯英砂、氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、高嶺土及混合稀土混合均勻，然后濕法球磨，干燥制得超細(xì)粉體，再滾動(dòng)成型，高溫?zé)Y(jié)，拋光制得直徑為Φ0.2mm～Φ15mm的高耐磨高強(qiáng)度鋯鋁硅復(fù)合陶瓷珠。制得的陶瓷珠密度可靈活調(diào)整，適應(yīng)面廣，耐磨，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；工藝簡(jiǎn)單，易于規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/10GK101723666SQ20081019550
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者許興康 申請(qǐng)人:許興康