本發(fā)明涉及水泥加工領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球及其制備方法。

背景技術(shù)：

水泥球磨機(jī)具有對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)、能連續(xù)生產(chǎn)、破碎比大、易于調(diào)速粉磨產(chǎn)品的細(xì)度等特點(diǎn)。常用的水泥球磨機(jī)的工作原理為，物料由進(jìn)料裝置經(jīng)入料中空軸螺旋均勻地進(jìn)入磨機(jī)倉內(nèi)，該倉內(nèi)有階梯襯板或波紋襯板，內(nèi)裝不同規(guī)格的鋼球或陶瓷球，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力將鋼球或陶瓷球帶到一定高度后落下，對(duì)物料產(chǎn)生重?fù)艉脱心プ饔?。水泥球磨機(jī)陶瓷球是水泥球磨機(jī)設(shè)備的常用研磨物料介質(zhì)，通過水泥球磨機(jī)陶瓷球、物料、襯板之間的碰撞摩擦產(chǎn)生磨削作用，從而將物料的粒徑進(jìn)一步減小。因此，陶瓷球在使用時(shí)的硬度和耐磨性是影響研磨整形效果的主要因素之一，同時(shí)因?yàn)楸婚L(zhǎng)時(shí)間不停地撞擊，對(duì)于研磨球的抗沖擊性能有極高要求。

現(xiàn)有技術(shù)中，水泥球磨機(jī)用陶瓷球已經(jīng)有較多采用，大多數(shù)采用傳統(tǒng)的Al2O3-CaO-MgO-SiO2四元體系，也有少量發(fā)明人在其配方上進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到特殊的效果。如本發(fā)明人此前申請(qǐng)了多份采用新型配方的陶瓷球，具有高硬度、耐高溫、高壽命、易成型、韌性好、生產(chǎn)的水泥純凈度高的作用。

但是，在長(zhǎng)期的水泥球磨機(jī)用陶瓷球的研究中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)、急停、拋墜等的沖擊造成的破碎是陶瓷球最常見的損壞方式之一，這極大地制約著水泥球磨行業(yè)的發(fā)展。

鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度、塑性、韌性高、耐蝕性好、耐熱性、高成形性等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是其比強(qiáng)度超高的優(yōu)勢(shì)冠絕所有金屬及合金。其中α+β鈦合金是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，與純鈦和α鈦合金不同的是，α+β鈦合金還能通過熱處理使合金強(qiáng)化，熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高，可在400℃～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作。利用α+β鈦合金等耐高溫金屬的韌性、塑性、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，采用植入α+β鈦合金骨架的方法，可以使陶瓷球的整體性更好，并且在受到?jīng)_擊時(shí)可以由骨架將沖擊力分?jǐn)?、不易破碎?/p>

在陶瓷球內(nèi)植入α+β鈦合金骨架在此前屬于空白領(lǐng)域，尚無見任何研究見諸論文或?qū)＠?，能?shí)現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法更是如此。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種整體性更好、不易破碎的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球及能實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球，其由α+β鈦合金制成的一體結(jié)構(gòu)的骨架和包裹其外的陶瓷球體組成，通過整體壓合、高溫?zé)Y(jié)的方式制造；α+β鈦合金骨架的總體積為陶瓷球體積的3-5%，最長(zhǎng)方向尺寸小于陶瓷球體外徑的70%；陶瓷球體采用氧化鋁基陶瓷材料制成。

上述的的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球，其中：所述α+β鈦合金骨架為整體壓鑄成型的樹枝狀或魚骨狀結(jié)構(gòu)。

上述的的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球，其中：所述α+β鈦合金具體為TC6鈦合金。

上述的的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球，其中：所述陶瓷球體的配方為：氧化鋁92-95%、三氧化二鐵0.5-2%、高嶺土0.8-3%、碳化硅0.2-2%、二氧化鈦1.5-2%、碳化鈦0.8-1%、二硫化鉬0.3-2%。

上述的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球的制備方法，包括配料、球磨、噴霧造粒、料倉陳腐、壓型加工、高溫?zé)Y(jié)、清粉拋光、成品干燥等工序，其中：

a.所述壓型加工工序包括以下子工序：

1）初灌粉料：步進(jìn)式輸送帶將下半球模輸送到工位一，將陶瓷造粒用的粉料通過輸料管灌注進(jìn)下半球模，粉料的水份控制在0.5%以下；

2）骨架落位：將下半球模輸送到工位二，然后通過放置α+β鈦合金骨架的裝置將整體壓鑄成型的樹枝狀或魚骨狀的α+β鈦合金骨架放置到下半球模內(nèi)的粉料的表面中心位置；

3）球體壓合整圓：將下半球模輸送到工位三；將袋裝粉料放入上半球模的上部入口，然后壓模機(jī)以與上半球模中的上部入口平行的方式進(jìn)入，在到達(dá)上內(nèi)圓槽后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，壓模機(jī)與上半球模在豎直方向上固定；隨后壓模機(jī)帶動(dòng)上半球模下行，至上半球模與下半球模接觸，壓模機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，壓模機(jī)與上半球模在豎直方向上解除固定；壓模機(jī)下行，將袋裝粉料的袋子壓破，其內(nèi)的袋裝粉料通過壓粉孔被擠進(jìn)上半球模腔; 壓模機(jī)繼續(xù)下行至到達(dá)下內(nèi)圓槽，袋裝粉料與α+β鈦合金骨架、粉料被擠壓成一體，形成完整的陶瓷球坯；壓模機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，受下內(nèi)圓槽的封閉段的限制，壓模機(jī)帶動(dòng)上半球模腔旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)進(jìn)行至少3圈，上半球模腔將陶瓷球坯表面的多余坯料切削掉；隨后壓模機(jī)提起，帶動(dòng)上半球模腔離開陶瓷球坯。

4）球坯轉(zhuǎn)移：將下半球模輸送到工位四，通過轉(zhuǎn)移裝置將陶瓷球坯轉(zhuǎn)移到高溫匣缽，撒上隔離砂。

b. 所述高溫?zé)Y(jié)工序具體為：將裝有壓型加工工序得到的陶瓷球坯的高溫匣缽送入氣密性好的隧道窯內(nèi)；隧道窯內(nèi)在加熱過程中保持通惰性氣體，高溫?zé)Y(jié)溫度1350-1400℃，燒成周期28-30h；高溫?zé)Y(jié)結(jié)束后的冷卻方式為隨窯冷至780-800℃，然后升溫至870℃，保溫1-2h，再隨窯冷至550-650℃，保溫2h，隨后開窯空冷。

上述的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球的制備方法，其中：所述球坯轉(zhuǎn)移過程中采用的轉(zhuǎn)移裝置為負(fù)壓吸附式。

上述的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球的制備方法，其中：在工位一填充的粉料為陶瓷球總用量的48-52%，工位三的袋裝粉料的容量應(yīng)為壓粉孔的體積與陶瓷球總用量的55-58%的和。

本發(fā)明無現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明采用的陶瓷采用此前本發(fā)明人已經(jīng)申請(qǐng)過的專利配方，具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕、運(yùn)轉(zhuǎn)能耗低、物耗低、結(jié)合力好、撞擊能力強(qiáng)、抗沖擊抗爆震、生產(chǎn)的水泥細(xì)度和后期強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)；相對(duì)于目前整體燒結(jié)、無內(nèi)置金屬骨架的陶瓷球來說，本發(fā)明的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球采用植入α+β鈦合金骨架的方法，α+β鈦合金骨架優(yōu)選TC6鈦合金，采用整體壓鑄成型，骨架整體性好且便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；樹枝狀或魚骨狀結(jié)構(gòu)能保證其與陶瓷緊密結(jié)合，從而使陶瓷球整體性更好；尺寸大小適中，既保證壓型加工工序過程方便，又能保證陶瓷球的整體性更好。本發(fā)明制作的陶瓷球既保持了傳統(tǒng)陶瓷球的優(yōu)點(diǎn)，又能充分地發(fā)揮α+β鈦合金作為雙相鈦合金的強(qiáng)度、塑性、韌性高、耐蝕性好、耐熱性、高成形性、比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合陶瓷本身的高耐磨、高硬度等特點(diǎn)，并且在受到?jīng)_擊時(shí)可以由骨架將沖擊力分?jǐn)?、不易破碎，避免啟?dòng)、急停、拋墜等的沖擊對(duì)陶瓷球造成的破碎；而且本身因?yàn)殁伒臒崤蛎浵禂?shù)為(9.41～10.03)×10^-6/℃，與陶瓷在燒結(jié)過程中的膨脹率極為接近，避免了升溫降溫過程中因膨脹率不同造成的陶瓷碎裂。

同時(shí)，本發(fā)明中的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球的制備方法，最接近的現(xiàn)有技術(shù)是本發(fā)明人在此前申請(qǐng)的多份陶瓷球的制備方法，其區(qū)別在于，本發(fā)明因?yàn)樵谔沾汕騼?nèi)內(nèi)置α+β鈦合金骨架，采用傳統(tǒng)的方法根本無法實(shí)現(xiàn)植入骨架，因此壓型加工工序采用了初灌粉料、骨架落位、球體壓合整圓、球坯轉(zhuǎn)移等子工序，優(yōu)勢(shì)在于，球坯壓合因原料大于需求，壓實(shí)度高，骨架與球坯結(jié)合緊密；采用旋轉(zhuǎn)切削整圓，無需增添額外設(shè)備，簡(jiǎn)單快捷；負(fù)壓吸附式轉(zhuǎn)移設(shè)備避免了轉(zhuǎn)移過程中對(duì)陶瓷球的損壞。流程化繁雜為極簡(jiǎn)，使整個(gè)壓型加工工序過程簡(jiǎn)潔有序，能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化自動(dòng)生產(chǎn)；另外，陶瓷球坯在燒結(jié)過程中因陶瓷尚未成型、其內(nèi)部的α+β鈦合金骨架在高溫下具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，非常容易吸收氫、氧、氮、碳等雜質(zhì)，所以高溫?zé)Y(jié)工序中通入惰性氣體如氬氣，同時(shí)放棄了傳統(tǒng)的需要更高溫度的梭式窯，僅采用隧道窯并將最高溫度控制在1400℃，避免更高溫度下的嚴(yán)重氧化和機(jī)械性能劣化；燒結(jié)結(jié)束后冷卻方式采用隨窯冷至780-800℃，然后升溫至870℃，保溫1-2h，再隨窯冷至550-650℃，保溫2h，隨后開窯空冷，是因?yàn)棣?β鈦合金在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫其機(jī)械性能會(huì)嚴(yán)重劣化，通過重新從α相區(qū)上限進(jìn)行加熱并進(jìn)行等溫退火（即升溫至870℃，保溫1-2h，再隨窯冷至550-650℃，保溫2h），既可以保護(hù)設(shè)備、節(jié)省時(shí)間和能源，又可以使機(jī)械性能恢復(fù)到正常水平，尤其是其塑性能得到極大的提高，更有利于作為骨架使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球的剖面圖；

圖2是本發(fā)明的制備方法中壓型加工工序的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的制備方法中壓型加工工序的上半球模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的俯視圖；

圖5是本發(fā)明的制備方法中壓型加工工序的步進(jìn)式輸送帶的示意圖；

圖6是本發(fā)明的制備方法中高溫?zé)Y(jié)結(jié)束后的冷卻溫度曲線圖。

圖中：下半球模1、粉料2、輸料管3、α+β鈦合金骨架4、上半球模5、袋裝粉料6、壓模機(jī)7、轉(zhuǎn)移裝置8、陶瓷球坯9、步進(jìn)式輸送帶10。其中上半球模5含有：上部入口51、上內(nèi)圓槽52、下內(nèi)圓槽53、上半球模腔54、壓粉孔55、封閉段56。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球，如圖1所示，由α+β鈦合金整體壓鑄成一體結(jié)構(gòu)的、樹枝狀或魚骨狀結(jié)構(gòu)的α+β鈦合金骨架和包裹其外的陶瓷球體組成，通過整體壓合、高溫?zé)Y(jié)的方式制造；所述α+β鈦合金骨架總體積為陶瓷球體積的3-5%，最長(zhǎng)方向尺寸小于陶瓷球體外徑的70%；陶瓷球體采用氧化鋁基陶瓷材料制成，其配方為氧化鋁92-95%、三氧化二鐵0.5-2%、高嶺土0.8-3%、碳化硅0.2-2%、二氧化鈦1.5-2%、碳化鈦0.8-1%、二硫化鉬0.3-2%，本配方的實(shí)施例和詳細(xì)配比在本發(fā)明人此前申請(qǐng)的專利中有詳細(xì)論述，不再贅述。本發(fā)明對(duì)α+β鈦合金優(yōu)選的是TC6鈦合金，其室溫強(qiáng)度高、比強(qiáng)度極高、塑性高，是一種極為優(yōu)異的高溫用金屬材料。

本發(fā)明的內(nèi)置α+β鈦合金骨架的陶瓷球的制備方法，包括配料、球磨、噴霧造粒、料倉陳腐、壓型加工、高溫?zé)Y(jié)、清粉拋光、成品干燥等工序，除壓型加工、高溫?zé)Y(jié)工序與本發(fā)明人在此前申請(qǐng)的專利不同外，其它工序均有詳細(xì)描述。本發(fā)明的制備方法中用到的壓型加工設(shè)備在本發(fā)明人同日申請(qǐng)的另一份發(fā)明中有詳細(xì)介紹，因不屬于本發(fā)明的重點(diǎn)，此處不再贅述。本發(fā)明的完整制備方法如下：

a.配料：按重量百分比計(jì)取所有成分，混合并攪拌均勻，制得混合物料；同時(shí)配置PVA溶液，配比為PVA:水=(7-10):100；

b.球磨：

1）初磨：將步驟(a)中計(jì)取的配料加入初磨研磨設(shè)備，并加入球石和水，比例為料:球:水=1:2.5:(0.7-0.75)，至漿料細(xì)度D90≤8微米停磨，過40目篩出磨；

2）細(xì)磨：將步驟(b1)得到的漿料加入細(xì)磨研磨設(shè)備，并加入球石和水，比例為料:球:水=1:（2-3）:(0.7-0.75)，至漿料細(xì)度D50≤1.5微米、D90≤3.2微米后停磨；

3）混磨：將步驟(b2)得到的漿料中按重量比加入步驟(a)中配置的PVA溶液9-12%，混磨0.5-1h，過150目篩出磨，并進(jìn)行除鐵；

c.噴霧造粒：將步驟(b3)得到的漿料中加入適量步驟(a)中配置的PVA溶液，并打入高位漿罐，控制噴霧干燥塔的熱風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度及壓差，選用合適的噴霧噴片直徑，進(jìn)行噴霧造粒，造粒粉過20目篩；

d.料倉陳腐：將步驟(c)得到的造粒粉進(jìn)行陳腐，陳腐時(shí)間不少于48h；

e. 如圖2、3、4、5所示，壓型加工包括：

1）初灌粉料：步進(jìn)式輸送帶10將下半球模1輸送到工位一，將步驟d得到的粉料2通過輸料管3灌注進(jìn)下半球模1，填充量為陶瓷球總用量的48-52%；粉料2的水份控制在0.5%以下；

2）骨架落位：將下半球模1輸送到工位二，然后通過放置α+β鈦合金骨架4的裝置將整體壓鑄成型的樹枝狀或魚骨狀的α+β鈦合金骨架4放置到下半球模1內(nèi)的粉料2的表面中心位置；

3）球體壓合整圓：將下半球模1輸送到工位三；將容量為壓粉孔55的體積與陶瓷球總用量的55-58%的和的袋裝粉料6放入上半球模5的上部入口51，然后壓模機(jī)7以與上半球模5中的上部入口54平行的方式進(jìn)入，在到達(dá)上內(nèi)圓槽52后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，壓模機(jī)7與上半球模5在豎直方向上固定；隨后壓模機(jī)7帶動(dòng)上半球模5下行，至上半球模5與下半球模1接觸，壓模機(jī)7逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，壓模機(jī)7與上半球模5在豎直方向上解除固定；壓模機(jī)7下行，將袋裝粉料6的袋子壓破，其內(nèi)的袋裝粉料6通過壓粉孔55被擠進(jìn)上半球模腔56; 壓模機(jī)7繼續(xù)下行至到達(dá)下內(nèi)圓槽53，袋裝粉料6與α+β鈦合金骨架4、粉料2被擠壓成一體，形成完整的陶瓷球坯9；壓模機(jī)7順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，受下內(nèi)圓槽53的封閉段56的限制，壓模機(jī)7帶動(dòng)上半球模腔56旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)進(jìn)行至少3圈，上半球模腔56將陶瓷球坯9表面的多余坯料切削掉；隨后壓模機(jī)7提起，帶動(dòng)上半球模腔56離開陶瓷球坯9。

4）球坯轉(zhuǎn)移：將下半球模1輸送到工位四，通過負(fù)壓吸附式的轉(zhuǎn)移裝置8將陶瓷球坯9轉(zhuǎn)移到高溫匣缽，撒上隔離砂。

f.高溫?zé)Y(jié)：將步驟(e)得到的裝有陶瓷球坯(9)的高溫匣缽送入氣密性好的隧道窯內(nèi)；隧道窯內(nèi)在加熱過程中保持通惰性氣體，高溫?zé)Y(jié)溫度1350-1400℃，燒成周期28-30h；高溫?zé)Y(jié)結(jié)束后的冷卻方式為隨窯冷至780-800℃，然后升溫至870℃，保溫1-2h，再隨窯冷至550-650℃，保溫2h，隨后開窯空冷。

g.清粉拋光：把產(chǎn)品在燒成過程中的粘附的隔離砂及毛刺除掉；

h.成品干燥：對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干燥，得到成品。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。