CN102757215A

CN102757215A - 一种复合型高强度耐磨瓷球及其制备方法

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Publication number: CN102757215A
Application number: CN201210286079XA
Authority: CN
Inventors: 文斌; 文赟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明涉及一种复合型高强度耐磨瓷球及其制备方法，采用天然矿物原料及工业化工原料，其组成按重量百分比为：铝矾土：88～92％、Al₂O₃微粉：8～12％，经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、成型、预热、烧成，制得Al₂O₃含量75～85%、比重3.2g/cm³、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9级的瓷球产品，本发明制得的瓷球具有磨耗小、高强度、价格低、质量稳定、比重大、白度高的特点，在建陶、特陶、耐火材料、化工、非金属矿等行业中有广泛应用前景。

Description

一种复合型高强度耐磨瓷球及其制备方法

技术领域

本发明属于研磨介质技术领域，具体涉及一种复合型高强度耐磨瓷球及其制备方法。

背景技术

陶瓷球因其具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀的特性，现作为研磨介质被广泛应用于陶瓷、电子、建材、新材料等领域。现有技术的陶瓷球通常采用等静压成型的方式制成，例如：《材料导报》2000年10月第14卷专辑贾光耀、张伟儒等《低成本氧化锆研磨球的研制》公开了一种研磨介质的制法，采用湿法球磨及喷雾造粒制备超细粉体，然后在0.1～0.16GPa压力下采用冷等静压成型，最后经过高温烧成制备氧化锆研磨球，其存在以下缺点：1)该方法需要的设备一次性投入大；2)该方法制备不同尺寸陶瓷球时需更换不同的模具，制备工艺复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种密度大、硬度高、耐磨性好的复合型高强度耐磨瓷球及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种复合型高强度耐磨瓷球，采用天然矿物原料及工业化工原料，其组成按重量百分比为：铝矾土：88～92％、Al₂O₃微粉：8～12％，经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、成型、预热、烧成，制得Al₂O₃含量75～85%、比重3.2g/cm³、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9级的瓷球产品。

所述铝矾土的化学组成重量百分比为：Al₂O₃80.50%、SiO₂14.50%、Fe₂O₃1.32%、TiO₂ 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K₂O 1.20%、Na₂O 0.24%。

所述制得瓷球产品的直径范围为3～70mm。

上述一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述铝矾土经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥，添加Al₂O₃微粉后经滚动成型、预热、烧成，制得瓷球产品。

所述球磨工序包括初磨、复磨、细磨，其中初磨后料浆过250目筛、复磨后料浆过350目筛、细磨后原料细度小于2μm。

所述陈腐工序中在料浆中添加分散剂。

所述分散剂优选为氨水。

所述滚动成型工序具体步骤为：

1）种球的制备：将100重量份的超细粉体放入成球机，加入15～20重量份的水，搅拌混合均匀，过筛，制得粒径为1mm的种球；

2）球的滚制：向滚动成球机中加入种球，滚动成型时，按照超细粉体与水重量比1∶1向滚动成球机内连续加料；

3）成球：按照所需瓷球大小滚动时间为8～35h，成型后瓷球坯体含水量为13～15%。

所述预热温度为100～150℃，预热后瓷球坯体含水量小于3%。

所述烧成工序按照以下烧成曲线进行：

加热阶段：100～1400℃， 39～41小时；

保温阶段：1400～1420℃，21～23小时；

急冷阶段：1420～700℃， 6～8小时；

缓冷阶段：700～250℃， 17～19小时，出窑。

本发明采用铝矾土超细粉和Al₂O₃微粉作为生产原料，经高温烧结发生物理

化学反应，产生刚玉-莫来石复合晶相，以提高瓷球的硬度和耐磨性能。

本发明所具有的有益效果在于：

1)与现有技术的成型方法相比，本发明的工艺简单，一次性投资少，产量大且容易扩产；

2)本发明的方法适用范围大，能够用于粒径为3～70mm的陶瓷球的生产；

3)本发明制得的瓷球的物理化学性质稳定，Al₂O₃含量75～85%、比重3.2g/cm³、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9；

4）本发明制得的瓷球与普通瓷球相比，其耐磨性提高20～40倍、研磨效率提高40～60％、磨机有效率增加30～40％，综合成本是普通瓷球的40～60％、磨机的寿命由2年提高到6～8年。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法的具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如下：

实施列1：

第一步、原料：89wt%铝矾土超细粉和11wt%Al₂O₃微粉，其中铝矾土的化学组成重量百分比为：Al₂O₃80.50%、SiO₂14.50%、Fe₂O₃1.32%、TiO₂ 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K₂O 1.20%、Na₂O 0.24%;

第二步、洗料：通过洗料除去铝矾土中的Fe₂O₃和CaO；

第三步、球磨：首先通过湿法球磨对铝矾土进行初磨、复磨，其中初磨时间33小时，出磨料浆过250目筛后进行复磨，复磨时间21小时，出磨料浆过350目筛；然后通过拨片机对铝矾土进行细磨两次，出磨料浆过1500目筛，细度小于2μm；

第四步、陈腐：通过储浆池对料浆进行陈腐30小时，并向料浆中添加分散剂氨水；

第五步：喷雾干燥：通过喷雾干燥塔对料浆进行喷雾造粒，制得超细粉体；

第六步：滚动成型：按比例在铝矾土超细粉体中加入Al₂O₃微粉，混合均匀后按以下工序制备粒径为10mm的瓷球：

1）种球的制备：将100重量份的超细粉体放入成球机，加入16重量份的水，搅拌混合均匀，过筛，制得粒径为1mm的种球；

3）成球：按照所需瓷球大小滚动时间为15h，成型后瓷球坯体含水量为13%；

第七步：预热：将成型后瓷球坯体在100℃进行预热，预热后瓷球坯体含水量为2%；

第八步：烧成：瓷球坯体的烧成窑炉采用隧道窑，其烧成曲线如下：瓷球坯体预热后经40小时，从100℃升温至1400℃后，在1400～1420℃，保温22小时，然后经7小时急冷降温至700℃后，自然冷却18小时到250℃，出窑制得瓷球产品。

按照上述方法，制得的瓷球产品，其理化性质为：Al₂O₃含量84%、比重3.2g/cm³、磨耗0.06g/kg.h、莫氏硬度8级，主晶相：刚玉+莫来石。

实施列2：

第一步、原料：86wt%铝矾土和14wt%Al₂O₃微粉，其中铝矾土的化学组成重量百分比为：Al₂O₃80.50%、SiO₂14.50%、Fe₂O₃1.32%、TiO₂ 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K₂O 1.20%、Na₂O 0.24%;

第二步、洗料：通过洗料除去铝矾土中的Fe₂O₃和CaO；

第三步、球磨：首先通过湿法球磨对铝矾土进行初磨、复磨，其中初磨时间32小时，出磨料浆过250目筛后进行复磨，复磨时间20小时，出磨料浆过350目筛；然后通过拨片机对铝矾土进行细磨两次，出磨料浆过1500目筛，细度小于2μm；

第六步：滚动成型：按比例在铝矾土超细粉体中加入Al₂O₃微粉，混合均匀后按以下工序成型粒径为50mm的瓷球：

3）成球：按照所需瓷球大小滚动时间为25h，成型后瓷球坯体含水量为14%；

第七步：预热：将成型后瓷球坯体在100℃进行预热，预热后瓷球坯体含水量为1%；

第八步：烧成：瓷球坯体的烧成窑炉采用隧道窑，其烧成曲线如下：瓷球坯体预热后经39小时，从100℃升温至1400℃后，在1400～1420℃，保温21小时，然后经6小时急冷降温至700℃后，自然冷却17小时到250℃，出窑制得瓷球产品。

按照上述方法，制得的瓷球产品，其理化性质为：Al₂O₃含量80%、比重3.2g/cm³、磨耗0.07g/kg.h、莫氏硬度9级，主晶相：刚玉+莫来石。

Claims

1.一种复合型高强度耐磨瓷球，采用天然矿物原料及工业化工原料，其组成按重量百分比为：铝矾土：88～92％、Al₂O₃微粉：8～12％，经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、成型、预热、烧成，制得Al₂O₃含量75～85%、比重3.2g/cm³、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9级的瓷球产品。

2.根据权利要求1所述的一种复合型高强度耐磨瓷球，其特征在于：所述铝矾土的化学组成重量百分比为：Al₂O₃80.50%、SiO₂14.50%、Fe₂O₃1.32%、TiO₂ 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K₂O 1.20%、Na₂O 0.24%。

3.根据权利要求1或2所述的一种复合型高强度耐磨瓷球，其特征在于：所述制得瓷球产品的直径范围为3～70mm。

4.根据权利要求1所述的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述铝矾土经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥，添加Al₂O₃微粉后经滚动成型、预热、烧成，制得瓷球产品。

5.根据权利要求4所述的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述球磨工序包括初磨、复磨、细磨，其中初磨后料浆过250目筛、复磨后料浆过350目筛、细磨后原料细度小于2μm。

6.根据权利要求4所述的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述陈腐工序中在料浆中添加分散剂。

7.根据权利要求6所述的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述分散剂优选为氨水。

8.根据权利要求4所述的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述滚动成型工序具体步骤为：

3）成球：按照所需瓷球大小滚动成型时间为8～35h，成型后瓷球坯体含水量为13～15%。

9.根据权利要求4所述的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述预热温度为100～150℃，预热后瓷球坯体含水量小于3%。

10.根据权利要求4所述的一种复合型高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述烧成工序按照以下烧成曲线进行：

加热阶段：100～1400℃， 39～41小时；

保温阶段：1400～1420℃，21～23小时；

急冷阶段：1420～700℃， 6～8小时；

缓冷阶段：700～250℃， 17～19小时，出窑。