專利名稱：低溫?zé)Y(jié)硅酸鋯研磨球及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研磨介質(zhì)-低溫?zé)Y(jié)硅酸鋯研磨球，同時提供了這種研磨球的制備方法。
背景技術(shù)：
研磨球廣泛應(yīng)用在礦產(chǎn)、冶金、化工、食品、建材等行業(yè),通過研磨球的碰撞、摩擦、滾動、擠壓等多種方式將原料粉碎和混勻。研磨球的質(zhì)量嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。近年來，超細(xì)粉體工藝的迅速發(fā)展和低品位礦產(chǎn)的開發(fā)利用，極大帶動了研磨球介質(zhì)的開發(fā)和生產(chǎn)。常用的研磨介質(zhì)有鋼、石英、玻璃、氧化鋁、氧化鋯等。氧化鋯的比重大性能好，屬于高端研磨材料，但價格比較高，而其它的常用研磨介質(zhì)的研磨效率較低。為此部分廠商開發(fā)出了硅酸鋯基的研磨球。硅酸鋯的理論密度為4.6g/cm3，密度比較高，力學(xué)性能也比較好，是一種優(yōu)秀的研磨介質(zhì)材料。但硅酸鋯在高溫下的熱分解導(dǎo)致密度下降，對·材料燒結(jié)來說是一個難題。為此尋找好的燒結(jié)助劑，降低燒結(jié)溫度，獲得高致密高性能的硅酸鋯球是硅酸鋯研磨球開發(fā)的重點。申請?zhí)枮?9118965. 6的中國專利公布了一種采用鋯石英熔融法制備硅酸鋯微球的方法，但熔融法制備的研磨球容易在內(nèi)部產(chǎn)生缺陷而易碎，而且尺寸小，粒徑均勻性差。申請?zhí)?01010122895. 8公布了一種等靜壓處理后，再高溫?zé)Y(jié)制得硅酸鋯球的方法.該方法成本高(等靜壓、高溫)，而且只能做大球。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過復(fù)合燒結(jié)助劑在較低溫度下低成本燒結(jié)制備高性能硅酸鋯研磨球的工藝及配方，主要創(chuàng)新在于以硅酸鋯為基質(zhì)材料，添加復(fù)合燒結(jié)助劑，降低燒結(jié)溫度獲得致密、高強度、低磨耗的硅酸鋯研磨球。具體是這樣實施的低溫?zé)Y(jié)硅酸鋯研磨球，其特征在于原料以硅酸鋯為基質(zhì)材料，以氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化釔、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸鈉的組合為燒結(jié)助劑，各組份的質(zhì)量百分比為硅酸鋯60%-85% ;氧化鋁0%-30% ;氧化硅2%-30% ;氧化鋯0%_20% ；氧化釔O. 5%-3% ;碳酸鈣O. 5%-5% ;碳酸鎂0%_5% ;碳酸鉀O. 5%-5% ;碳酸鈉O. 5%_5%。這種低溫?zé)Y(jié)硅酸鋯研磨球的制備方法，其步驟是
(O按以上配比將原料混合,加入水、研磨介質(zhì)后球磨,所述的原料混合物水研磨介質(zhì)質(zhì)量比為I :1. 5 3 ；
(2)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)高速研磨得到符合要求的漿料，經(jīng)干燥得到硅酸鋯研磨球成型所需的原料粉；
(3)以步驟(2)中制備的原料粉為原料，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素坯球；
(4)將素坯球燒結(jié)，燒結(jié)工藝為10°C/min升溫到1000°C，然后2°C /min升溫到燒結(jié)溫度1300-1400°C，保溫3-5小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球致密，強度高，磨耗低。其燒結(jié)溫度低，密度為3. 8-4. 4g/cm3,維氏硬度為900-1 lOOGPa，斷裂韌性為2. 8-3. 8 Mpa · m1/2。以直徑約2mm的研磨球為例，其壓碎強度為1000-1500N，自磨耗為l-2g/hr · kg，帶料磨耗為2_3g/hr · kg。具體實施方法 實施例I
硅酸鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為60%，氧化鋁質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30%，氧化硅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，氧化釔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%，碳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，碳酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，碳酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%。將以上原料粉體按比例混合后，加入水及研磨介質(zhì)，原料粉水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。經(jīng)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)研磨一段時間得到符合要求的漿料，再經(jīng)干燥得到原料粉。將原料粉與粘結(jié)劑噴入滾球機(jī)，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素還球。素還球經(jīng)過燒結(jié)獲得直徑為2mm左右的娃酸錯球。燒結(jié)工藝為10°C /min升溫到1000°C，然后2V /min升溫到燒結(jié)溫度1300°C，保溫3小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球密度為3. 9g/cm3，維氏硬度為950GPa，斷裂韌性為2. 9 MPa *m1/2,壓碎強度為1100N，自磨耗為2. Og/hr · kg，帶料磨耗為2. 9g/hr · kg。 實施例2
硅酸鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65%，氧化鋁質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，氧化硅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，氧化釔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%，碳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，氧化鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%，碳酸鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，碳酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%，碳酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為I. 5%。將以上原料粉體按比例混合后，加入水及研磨介質(zhì)，原料粉水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。經(jīng)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)研磨一段時間得到符合要求的漿料，再經(jīng)干燥得到原料粉。將原料粉與粘結(jié)劑噴入滾球機(jī)，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素坯球。素坯球經(jīng)過燒結(jié)獲得直徑為2mm左右的硅酸鋯球。燒結(jié)工藝為10°C /min升溫到1000°C，然后2°C /min升溫到燒結(jié)溫度1300°C，保溫3小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球密度為4. 4g/cm3,維氏硬度為I lOOGPa，斷裂韌性為3. 8 MPa · m1/2，壓碎強度為1500N，自磨耗為I. Og/hr · kg,帶料磨耗為 2. 0g/hr · kg。實施例3
硅酸鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為60%，氧化硅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30%，氧化釔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5%，碳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5%，碳酸鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，碳酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，碳酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%。將以上原料粉體按比例混合后，加入水及研磨介質(zhì)，原料粉水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。經(jīng)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)研磨一段時間得到符合要求的漿料，再經(jīng)干燥得到原料粉。將原料粉與粘結(jié)劑噴入滾球機(jī)，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素還球。素還球經(jīng)過燒結(jié)獲得直徑為2mm左右的娃酸錯球。燒結(jié)工藝為IO0C /min升溫到1000°C，然后2V /min升溫到燒結(jié)溫度1300°C，保溫3小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球密度為3. 8g/cm3,維氏硬度為900GPa，斷裂韌性為2. 8 MPa · m1/2，壓碎強度為1000N，自磨耗為2. 0g/hr · kg，帶料磨耗為3. 0g/hr · kg。實施例4
硅酸鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為70%，氧化鋁質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，氧化硅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，氧化釔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，碳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，氧化鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，碳酸鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，碳酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，碳酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%。將以上原料粉體按比例混合后，加入水及研磨介質(zhì)，原料粉水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。經(jīng)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)研磨一段時間得到符合要求的漿料，再經(jīng)干燥得到原料粉。將原料粉與粘結(jié)劑噴入滾球機(jī)，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素坯球。素坯球經(jīng)過燒結(jié)獲得直徑為2mm左右的硅酸鋯球。燒結(jié)工藝為10°C /min升溫到1000°C，然后2V /min升溫到燒結(jié)溫度1300°C，保溫3小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球密度為4. 2g/cm3,維氏硬度為1070GPa，斷裂韌性為3. 6 MPa · m1/2，壓碎強度為1400N,自磨耗為I. 2g/hr · kg,帶料磨耗為2. 2g/hr · kg。實施例5
硅酸鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為80%，氧化鋁質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7%，氧化硅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，氧化釔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%，碳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，氧化鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，碳酸鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%，碳酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，碳酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%。將以上原料粉體按比例混合后，加入水及研磨介質(zhì)，原料粉水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。經(jīng)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)研磨一段時間得到符合要求的漿料，再經(jīng)干燥得到原料粉。將原料粉與粘結(jié)劑噴入滾球機(jī)，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素坯球。素坯球經(jīng)過燒結(jié)獲得直 徑為2mm左右的硅酸鋯球。燒結(jié)工藝為10°C /min升溫到1000°C，然后2 V /min升溫到燒結(jié)溫度1300°C，保溫3小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球密度為4. Og/cm3，維氏硬度為1030GPa，斷裂韌性為3. 4 MPa · m1/2，壓碎強度為1360N,自磨耗為I. 5g/hr · kg，帶料磨耗為 2. 6g/hr · kg。實施例6
硅酸鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為85%，氧化鋁質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，氧化硅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，氧化釔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%，碳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，碳酸鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，碳酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%，碳酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為I. 5%。將以上原料粉體按比例混合后，加入水及研磨介質(zhì)，原料粉水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。經(jīng)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)研磨一段時間得到符合要求的漿料，再經(jīng)干燥得到原料粉。將原料粉與粘結(jié)劑噴入滾球機(jī)，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素坯球。素坯球經(jīng)過燒結(jié)獲得直徑為2_左右的硅酸鋯球。燒結(jié)工藝為10°C /min升溫到1000°C，然后2V /min升溫到燒結(jié)溫度1300°C，保溫3小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球密度為4. lg/cm3，維氏硬度為1050GPa，斷裂韌性為3. 5 MPa · m1/2，壓碎強度為1360N，自磨耗為I. 5g/hr · kg，帶料磨耗為2. 5g/
hr · kgo實施例7
硅酸鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為60%，氧化鋁質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%，氧化硅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%，氧化釔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%，碳酸鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為O. 5%，氧化鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，碳酸鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，碳酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，碳酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%。將以上原料粉體按比例混合后，加入水及研磨介質(zhì)，原料粉水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。經(jīng)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)研磨一段時間得到符合要求的漿料，再經(jīng)干燥得到原料粉。將原料粉與粘結(jié)劑噴入滾球機(jī)，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素坯球。素坯球經(jīng)過燒結(jié)獲得直徑為2mm左右的硅酸鋯球。燒結(jié)工藝為10°C/min升溫到1000°C，然后2°C/min升溫到燒結(jié)溫度1300°C，保溫3小時，然后自然冷卻到室溫。所制備的硅酸鋯研磨球密度為3. 9g/cm3,維氏硬度為980GPa，斷裂韌性為3. I MPa · m1/2，壓碎強度為1280N,自磨耗為I. 7g/hr · kg,帶料磨耗為2. 8g/hr · kgo
附自磨耗及帶料磨耗的測試方法將1200g硅酸鋯研磨介質(zhì)和400g蒸餾水加入到實驗室用小型棒式砂磨機(jī)的I. 5L研磨罐中(若為帶料磨耗則在罐中再加入400g 325目的硅酸鋯粉)，以900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速磨2小時，測試得到研磨前后硅酸 鋯研磨介質(zhì)的質(zhì)量差，即為其自磨耗(帶料磨耗)。
權(quán)利要求
1.低溫?zé)Y(jié)硅酸鋯研磨球，其特征在于原料以硅酸鋯為基質(zhì)材料，以氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化釔、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸鈉的組合為燒結(jié)助劑，各組份的質(zhì)量百分比為硅酸鋯60%-85% ;氧化鋁0%-30% ;氧化硅2%-30% ;氧化鋯0%_20% ;氧化釔0. 5%_3% ;碳酸鈣0. 5%-5% ;碳酸鎂0%_5% ;碳酸鉀0. 5%-5% ;碳酸鈉0. 5%_5%。
2.低溫?zé)Y(jié)硅酸鋯研磨球的制備方法，其特征在于步驟為 (1)按權(quán)利要求I所述的配比將原料混合,加入水、研磨介質(zhì)后球磨； (2)球磨后獲得混合均勻的漿料，然后經(jīng)立式砂磨機(jī)高速研磨得到符合要求的漿料，經(jīng)干燥得到硅酸鋯研磨球成型所需的原料粉； (3)以步驟(2)中制備的原料粉為原料，通過滾球機(jī)成型得到所需直徑的素坯球； (4)將素還球燒結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中原料混合物水研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I :1. 5 :3。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于素坯球的燒結(jié)エ藝為10°C/min升溫到1000°C，然后2V /min升溫到燒結(jié)溫度1300-1400°C，保溫3_5小時，然后自然冷卻到室溫。
全文摘要
低溫?zé)Y(jié)硅酸鋯研磨球，涉及一種研磨介質(zhì)，原料以硅酸鋯為基質(zhì)材料，以氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化釔、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸鈉的組合為燒結(jié)助劑，按合適的質(zhì)量配比，經(jīng)球磨機(jī)球磨、立式砂磨機(jī)高速研磨后干燥，獲得用于在低溫下制備硅酸鋯研磨球原料粉，經(jīng)滾球機(jī)成型為素坯球后燒結(jié)，獲得致密、耐磨、強度高的硅酸鋯基質(zhì)研磨球。
文檔編號C04B35/622GK102795848SQ20121027194
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者王俊甫, 李強, 王柏昆, 周雄, 宋書明, 廖建中 申請人:江蘇錫陽研磨科技有限公司