本發(fā)明涉及氧化鋁耐磨陶瓷生產(chǎn)用原料，尤其是涉及一種用于生產(chǎn)自增韌氧化鋁耐磨陶瓷的低成本氧化鋁粉體材料。
背景技術：
目前國內(nèi)氧化鋁耐磨陶瓷生產(chǎn)用的原料主要為工業(yè)級的γ－氧化鋁或氫氧化鋁，其缺點主要是鈉含量較高，直接成型燒結(jié)時，由于相變后存在蠕蟲狀孔洞而難以致密化，所以通常需要在制備塊體陶瓷前，先將γ-氧化鋁或氫氧化鋁高溫煅燒使之轉(zhuǎn)變成α-氧化鋁，煅燒過程中加入硼化物、氯化物或氟化物等礦化劑，與鈉形成易揮發(fā)的低熔點化合物，去除氧化鋁中的鈉雜質(zhì)。為了保證鈉含量足夠低，煅燒溫度一般要大于1400℃，因此煅燒后的α-氧化鋁原晶尺寸通常大于3μm，采用該原料經(jīng)成型燒結(jié)后制備的陶瓷顯微組織為等軸晶，并且晶粒尺寸大于5μm。這種顯微結(jié)構的氧化鋁耐磨陶瓷產(chǎn)品的抗彎強度、硬度和斷裂韌性均較低。由于目前在耐磨領域，高速大載荷的研磨設備應用越來越廣，傳統(tǒng)的耐磨氧化鋁陶瓷因磨耗大，易破碎已無法滿足要求，因此需要提高氧化鋁耐磨陶瓷的強度、硬度和韌性。
提高氧化鋁陶瓷性能一般有兩種方法，一種是加入第二相，如公告號CN101508562B的中國發(fā)明專利就公開了一種增韌氧化鋁結(jié)構陶瓷材料，其采用組成為氧化鋁78～85wt％、釔穩(wěn)定氧化鋯13～20wt％、二氧化鈦0.5～2wt％的原料，其中釔穩(wěn)定氧化鋯由97mol％的氧化鋯和3mol％的氧化釔組成。該增韌氧化鋁結(jié)構陶瓷材料以氧化鋁為基體，并采用釔穩(wěn)定氧化鋯作為增韌劑，不僅具有傳統(tǒng)氧化鋁結(jié)構陶瓷材料的優(yōu)秀性能，而且擁有良好的韌性，相對于自增韌氧化鋯陶瓷材料相比，材料成本較低，但相對于氧化鋁材料，則成本較高。另一種提高氧化鋁陶瓷性能的方法就是自增韌，公告號CN101182193的中國發(fā)明專利公開了一種原位自增韌氧化鋁陶瓷的制備方法，采用納米鋁粉及高純氧化鋁粉為初始原料，混合均勻；將混合后的漿料干燥、研磨成粉體；獲得的粉體成形為坯體；將坯體直接在普通的空氣燒結(jié)爐中燒結(jié)，得到具有原位生長長柱狀、板狀晶的氧化鋁陶瓷，該氧化鋁產(chǎn)品具有高密度、高純度和高韌性的優(yōu)點，但其缺點為原料采用納米鋁粉，成本高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于生產(chǎn)自增韌氧化鋁耐磨陶瓷的低成本氧化鋁粉體材料。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術方案：
本發(fā)明所述的用于生產(chǎn)自增韌氧化鋁耐磨陶瓷的低成本氧化鋁粉體材料包括下述制備步驟：
第一步，選用工業(yè)級γ－氧化鋁入球磨機中，添加γ－氧化鋁總質(zhì)量分數(shù)0.1~3%的添加劑和0.2~2%的油酸、硬脂酸或硬脂酸鈉與γ－氧化鋁一起干磨混合并破碎團聚體，獲得中值粒徑D50＜3μm的細顆?；旌戏垠w，所述添加劑為硼酸、氟化鈣、氯化銨和氟化鋁中的任一種或兩種及以上混合物；其中的添加劑可以起到除去雜質(zhì)和抑制晶粒長大的作用；油酸、硬脂酸或硬脂酸鈉可起到助磨、避免細顆粒團聚的作用；
第二步，將第一步制得的細顆?；旌戏垠w在1200℃~1400℃溫度下煅燒2~10小時，得到除去鈉雜質(zhì)的氧化鋁粉體A備用；
第三步，選用工業(yè)級氫氧化鋁入球磨機中，添加氫氧化鋁總質(zhì)量分數(shù)0.1~3%的添加劑和0.2~2%的油酸、硬脂酸或硬脂酸鈉與氫氧化鋁一起干磨混合并破碎團聚體，獲得中值粒徑D50＜3μm的細顆?；旌戏垠w，所述添加劑為硼酸、氟化鈣、氯化銨、氟化鋁、氯化鎂和氟化鎂中的一種或兩種及以上混合物；同樣的，其中的添加劑可以起到除去雜質(zhì)和抑制晶粒長大的作用；油酸、硬脂酸或硬脂酸鈉可起到助磨、避免細顆粒團聚的作用；
第四步，將第三步制得的細顆粒混合粉體在900℃~1200℃溫度下煅燒2~10小時，得到除去鈉雜質(zhì)的氧化鋁粉體B備用；
第五步，將第二步制得的氧化鋁粉體A和第四步制得的氧化鋁粉體B按1:0.5~3的重量份混合后，根據(jù)耐磨陶瓷的種類，加入不同的添加劑（其目的是起到降低燒結(jié)溫度和改善陶瓷性能的作用），經(jīng)砂磨并噴霧造粒，即得到鈉質(zhì)量分數(shù)低于0.2%、中值粒徑D50＜2μm、適合干壓或等靜壓成型制備精細陶瓷的氧化鋁粉體材料；采用該粉體材料燒結(jié)得到的95氧化鋁陶瓷的維氏硬度HV5＞13GPa且斷裂韌性高于3.8MPa·m1/2。
第五步中加入的添加劑為CaO、MgO、SiO2、TiO2、La2O3、CAS(CaO-Al2O3-SiO2)玻璃中一種或者兩種及以上的混合物，使其在后續(xù)的燒結(jié)過程中形成玻璃相以降低燒結(jié)溫度。
所述工業(yè)級γ－氧化鋁的雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)＜2%；所述工業(yè)級氫氧化鋁的雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)＜2%。
實際制備氧化鋁粉體A和氧化鋁粉體B時，添加油酸、硬脂酸或硬脂酸鈉時具有相同的效果；
制備氧化鋁粉體A時，采用的添加劑可以是硼酸、氟化鈣、氯化銨和氟化鋁中的任一種或兩種及以上混合物，效果相同；
制備氧化鋁粉體B時，采用的添加劑可以是硼酸、氟化鈣、氯化銨、氟化鋁、氯化鎂和氟化鎂中的一種或兩種及以上混合物，效果相同。
本發(fā)明的優(yōu)點在于將低成本的工業(yè)級原料中加入轉(zhuǎn)相除雜添加劑，通過球磨磨碎破壞團聚并控制預燒結(jié)溫度，去除了γ－氧化鋁和氫氧化鋁中殘留的鈉雜質(zhì)，獲得了不同燒結(jié)活性的α－氧化鋁；隨后將制備的氧化鋁粉體按照需要的比例混合并加入特定的添加劑后，控制粉體顯微組織中形成的長柱狀晶，使燒結(jié)的成品氧化鋁耐磨陶瓷具有自增韌作用。本發(fā)明原料成本低，制備工藝簡單，工藝產(chǎn)生易控制，易于穩(wěn)定且批量生產(chǎn)。
為保證成品氧化鋁粉體材料的質(zhì)量滿足要求，選用的γ－氧化鋁的雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)＜2%；選用的工業(yè)級氫氧化鋁的雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)＜2%。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明所述的用于生產(chǎn)自增韌氧化鋁耐磨陶瓷的低成本氧化鋁粉體材料的制備方法進行詳細說明。
實施例1
1）將工業(yè)級γ－氧化鋁800kg（雜質(zhì)的總質(zhì)量分數(shù)0.6％）、占總氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.4%的硼酸、占總氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.5%的硬脂酸鈉一起放入球磨機中，干磨混合8小時并破碎團聚體，得到中值粒徑D50為2.8μm的γ－氧化鋁細顆粒混合粉體；
2）將制得的γ－氧化鋁混合粉體在1400℃溫度下煅燒4小時，得到鈉雜質(zhì)質(zhì)量分數(shù)小于0.1%的氧化鋁粉體A；
3）將工業(yè)級氫氧化鋁200kg（雜質(zhì)的總質(zhì)量分數(shù)＜0.6％）、占氫氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.1%的氟化鈣、0.2%的氯化銨和占氫氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.5%的油酸一起放入球磨機中，干磨混合8小時并破碎團聚體，獲得中值粒徑D50為2.6μm的氫氧化鋁細顆粒混合粉體；
4）將制得的氫氧化鋁細顆?；旌戏垠w在1150℃溫度下煅燒6小時，得到鈉雜質(zhì)質(zhì)量分數(shù)小于0.1%的氧化鋁粉體B備用；
5）將氧化鋁粉體A和氧化鋁粉體B混合，加入占總混合粉體質(zhì)量分數(shù)1%CaO＋2%MgO＋2%SiO2組成的混合添加劑，經(jīng)砂磨并噴霧造粒，得到在激光粒度儀下測試的中值粒徑D50為1.6μm的氧化鋁粉體材料；
6）將上述粉體材料按常規(guī)采用的干壓或等靜壓成型方法進行燒結(jié)，制得硬度高(HV5 13 GPa)和韌性高(3.8MPa·m1/2)的95瓷氧化鋁耐磨陶瓷。
實施例2
1）將工業(yè)級γ－氧化鋁700kg（雜質(zhì)的總質(zhì)量分數(shù)0.6％）、占總氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.3%的硼酸、占總氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.6%的硬脂酸鈉一起放入球磨機中，干磨混合12小時并破碎團聚體，得到中值粒徑D50為2.8μm的γ－氧化鋁細顆?；旌戏垠w；
2）將制得的γ－氧化鋁混合粉體在1380℃溫度下煅燒6小時，得到鈉雜質(zhì)質(zhì)量分數(shù)小于0.1%的氧化鋁粉體A；
3）將工業(yè)級氫氧化鋁300kg（雜質(zhì)的總質(zhì)量分數(shù)＜0.6％）、占氫氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.3%的氟化鎂、0.1%的氯化銨和占氫氧化鋁質(zhì)量分數(shù)0.6%的硬脂酸一起放入球磨機中，干磨混合并破碎團聚體，獲得中值粒徑D50為2.6μm的氫氧化鋁細顆?；旌戏垠w；
4）將制得的氫氧化鋁細顆?；旌戏垠w在1100℃溫度下煅燒4小時，得到鈉雜質(zhì)質(zhì)量分數(shù)小于0.1%的氧化鋁粉體B備用；
5）將氧化鋁粉體A和氧化鋁粉體B混合，加入占總混合粉體質(zhì)量分數(shù)2%MgO＋1%SiO2組成的混合添加劑，經(jīng)砂磨并噴霧造粒，得到在激光粒度儀下測試的中值粒徑D50為1.4μm的氧化鋁粉體材料；
6）將上述粉體材料按常規(guī)采用的干壓或等靜壓成型方法進行燒結(jié)，制得硬度高(HV5 14.5 GPa)和韌性高(4.6MPa·m1/2)的97瓷氧化鋁耐磨陶瓷。