CN103011787A - 一种硅酸锆陶瓷研磨介质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种硅酸锆陶瓷研磨介质及其制备方法，研磨介质的特征在各原料组分的重量百分比如下：锆英砂60％～65％；氧化铝6％～13％；硅微粉6％～10％；滑石4％～8％；二氧化钛2％～4％；高岭土10％～12％；稳定剂1％～2％，制备方法的步骤如下：1)将各原料湿法混合，水份控制在30％～35％，研磨至D90＜2μm；2)加入稳定剂后放置2～4h；3)料浆通过离心式造粒，使其颗粒尺寸150目以下占到80％以上；4)滚动成型；5)干燥；6)抑晶烧结，保温时间＜1h，以后强制冷却，使其在1-1.5h内降至1000℃以下。本发明具有成本低、硬度高、磨损率低的优点。

Description

一种硅酸锆陶瓷研磨介质及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种硅酸锆陶瓷研磨介质及其制备方法。
背景技术
氧化锆陶瓷研磨球在球磨、振动磨、行星磨和搅拌磨等磨机中被广泛采用当作研磨介，其具有硬度大、磨损率小、使用寿命长、可大幅减少研磨原料的污染、能够很好地保证产品质量；同时氧化锆材料密度大，用做研磨介质时撞击能量强，可大大提高研磨分散效率，可有效缩短研磨时间；其良好的化学稳定性决定了其耐腐蚀性，可以在酸性和碱性介质中使用。但是目前氧化锆陶瓷研磨球受原材料涨价的影响，价格非常昂贵，目前为250-300元/kg，这大大制约了氧化锆陶瓷研磨球的应用和推广。
发明内容
本发明的目的在于解决目前氧化锆陶瓷研磨介质价格昂贵的缺陷，提供一种硅酸锆陶瓷研磨介质及其制备方法。其利用锆英砂为主原料，大幅降低成本，完全可以替代氧化锆陶瓷研磨介质来使用。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
即一种硅酸锆陶瓷研磨介质，其特征在各原料组分的重量百分比如下：
锆英砂60％～65％；
氧化铝6％～13％；
硅微粉6％～10％；
滑石4％～8％；
二氧化钛2％～4％；
高岭土10％～12％；
稳定剂1％～2％。
作为本发明的一个优选方案：稳定剂为氧化钇或氧化铈。
作为本发明的一个优选方案：研磨介质的化学成分中ZrO2+HfO2的百分比为40％～45％，SiO2的百分比为35％～40％。
一种硅酸锆陶瓷研磨介质的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)将锆英砂、氧化铝、硅微粉、滑石、二氧化钛、高岭土湿法混合，水份控制在30％～35％，研磨至D90＜2μm；
2)加入稳定剂后放置2～4h；
3)将研磨好的料浆，通过离心式造粒，使其颗粒尺寸150目以下占到80％以上；
4)滚动成型，保证其生坯强度不低于2.8g/cm3；
5)干燥，在温度100℃以下干燥，使干燥后的坯体水分小于0.5％；
6)抑晶烧结，烧结温度为1300-1350℃，保温时间＜1h，以后强制冷却，使其在1-1.5h内降至1000℃以下。
抑晶烧结是在保证烧结的前提下通过在较低的温度下烧结，同时快速降温，保证其晶粒保持在微晶状态，晶粒尺寸通过SEM电镜分析，其尺寸在＜1μm，晶粒尺寸小保证其有良好的耐磨性。
利用本发明制备的研磨介质，其产品性能如下：
密度：3.7-4.2g/cm3
杨氏模量：80-100GPa
显微硬度：＞700HV
主要化学成分：ZrO2+HfO2：40-45％
SiO2：35-40％。
本发明具有成本低、硬度高、磨损率低的优点。使用本发明制作的研磨介质，完全可以替代氧化锆陶瓷研磨介质，但是其价格只有氧化锆陶瓷研磨介质的1/5左右(氧化锆陶瓷价格为250-300元/kg，硅酸锆陶瓷约为50-80元/kg)。使用本发明可以生产高耐磨的小规格研磨介质。
具体实施方式
实施例1
本实施例中各原料组分的重量百分比如下：
锆英砂60.00％；
氧化铝13.00％；
高岭土10.00％；
滑石4.00％；
硅微粉10.00％；
氧化钛2.00％；
氧化钇1.00％。
其中氧化钇为稳定剂。
本实施例的制备方法，步骤如下：
1)将锆英砂、氧化铝、硅微粉、滑石、二氧化钛、高岭土湿法混合，水份控制在35％，研磨至D90＜2μm；
2)加入稳定剂后放置4h；
3)将研磨好的料浆，通过离心式造粒，使其颗粒尺寸150目以下占到80％以上；
4)滚动成型，保证其生坯强度不低于2.8g/cm3；
5)干燥，在温度100℃以下干燥，使干燥后的坯体水分小于0.5％；
6)抑晶烧结，快烧保温时间＜1h，烧结温度为1300℃～1350℃，烧结完毕以后强制冷却，使其在1～1.5h内降至1000℃以下。
抑晶烧结是在保证烧结的前提下通过在较低的温度下烧结，同时快速降温，保证其晶粒保持在微晶状态，晶粒尺寸通过SEM电镜分析，其尺寸在＜1μm，晶粒尺寸小保证其有良好的耐磨性。
利用本实施例制备的研磨介质，其产品性能如下：
密度：3.7g/cm3
杨氏模量：80GPa
显微硬度：700HV
主要化学成分：ZrO2+HfO2：40％
SiO2：36％。
实施例2
本实施例中各原料组分的重量百分比如下：
锆英砂62.00％；
氧化铝10.00％；
高岭土11.00％；
滑石6.00％；
硅微粉8.00％；
氧化钛2.00％；
氧化铈1.00％。
其中氧化钇(或者氧化铈)为稳定剂。
本实施例的制备方法，步骤如下：
1)将锆英砂、氧化铝、硅微粉、滑石、二氧化钛、高岭土湿法混合，水份控制在30％～35％，研磨至D90＜2μm；
2)加入稳定剂后放置2～4h；
3)将研磨好的料浆，通过离心式造粒，使其颗粒尺寸150目以下占到80％以上；
4)滚动成型，保证其生坯强度不低于2.8g/cm3；
5)干燥，在温度100℃以下干燥，使干燥后的坯体水分小于0.5％；
6)抑晶烧结，快烧保温时间＜1h，烧结温度为1300℃～1350℃，烧结完毕以后强制冷却，使其在1～1.5h内降至1000℃以下。
抑晶烧结是在保证烧结的前提下通过在较低的温度下烧结，同时快速降温，保证其晶粒保持在微晶状态，晶粒尺寸通过SEM电镜分析，其尺寸在＜1μm，晶粒尺寸小保证其有良好的耐磨性。
利用本实施例制备的研磨介质，其产品性能如下：
密度：3.9g/cm3；
杨氏模量：90GPa；
显微硬度：720HV；
主要化学成分：ZrO2+HfO2：41％；
SiO2：37％。
实施例3
本实施例中各原料组分的重量百分比如下：
锆英砂65.00％；
氧化铝6.00％；
高岭土12.00％；
滑石8.00％；
硅微粉6.00％；
氧化钛2.00％；
氧化钇1.00％。
其中氧化钇(或者)为稳定剂。
本实施例的制备方法，步骤如下：
1)将锆英砂、氧化铝、硅微粉、滑石、二氧化钛、高岭土湿法混合，水份控制在30％～35％，研磨至D90＜2μm；
2)加入稳定剂后放置2～4h；
3)将研磨好的料浆，通过离心式造粒，使其颗粒尺寸150目以下占到80％以上；
4)滚动成型，保证其生坯强度不低于2.8g/cm3；
5)干燥，在温度100℃以下干燥，使干燥后的坯体水分小于0.5％；
6)抑晶烧结，快烧保温时间＜1h，烧结温度为1300℃～1350℃，烧结完毕以后强制冷却，使其在1～1.5h内降至1000℃以下。
抑晶烧结是在保证烧结的前提下通过在较低的温度下烧结，同时快速降温，保证其晶粒保持在微晶状态，晶粒尺寸通过SEM电镜分析，其尺寸在＜1μm，晶粒尺寸小保证其有良好的耐磨性。
利用本实施例制备的研磨介质，其产品性能如下：
密度：3.9g/cm3
杨氏模量：90GPa
显微硬度：720HV
主要化学成分：ZrO2+HfO2：42％
SiO2：38％。
本发明实施例中的磨损率检测方法如下：
称取500g左右制品(W1)，置于1000ml刚玉质研磨罐，500g水，以550转/分中旋转8小时，取出烘干，称重(W2)，则磨损率为：(W1-W2)/W1×100％。

Claims (4)

1.一种硅酸锆陶瓷研磨介质，其特征在各原料组分的重量百分比如下：
锆英砂    60％～65％；
氧化铝    6％～13％；
硅微粉    6％～10％；
滑石      4％～8％；
二氧化钛  2％～4％；
高岭土    10％～12％；
稳定剂    1％～2％。
2.根据权利要求1所述的一种硅酸锆陶瓷研磨介质，其特征在于稳定剂为氧化钇或氧化铈。
3.根据权利要求1所述的一种硅酸锆陶瓷研磨介质，其特征在于研磨介质的化学成分中ZrO2+HfO2的百分比为40％～45％，SiO2的百分比为35％～40％。
4.一种硅酸锆陶瓷研磨介质的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)将锆英砂、氧化铝、硅微粉、滑石、二氧化钛、高岭土湿法混合，水份控制在30％～35％，研磨至D90＜2μm；
2)加入稳定剂后放置2～4h；
3)将研磨好的料浆，通过离心式造粒，使其颗粒尺寸150目以下占到80％以上；
4)滚动成型，保证其生坯强度不低于2.8g/cm3；
5)干燥，在温度100℃以下干燥，使干燥后的坯体水分小于0.5％；
6)抑晶烧结，烧结温度为1300-1350℃，保温时间＜1h，以后强制冷却，使其在1-1.5h内降至1000℃以下。
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