CN104311005A - 锆铈铝复合陶瓷珠及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及陶瓷珠的制备技术，具体涉及一种锆铈铝复合陶瓷珠及其制备工艺，所述的铈铝复合陶瓷珠的成分配比为：ZrO2：35～75%，CeO2：5～20%；Al2O3：10～35%，CaO：5～15%，其他混合稀土：3%；锆铈铝复合陶瓷珠其晶粒大小为D50＜0.5μm，真密度4.2-6.0g/cm3，维氏硬度≥1050，压碎强度≥800N，填充密度：3.3-3.7g/cm3。在铈锆珠中加入了部分的氧化铝和氧化钙，由此配方生产出来的锆珠经过抛光处理后表面光亮，而且生产出来的锆珠圆整度特别好，最主要的还是由此配方生产出来的磨介非常耐磨，磨耗低，这样大大的增加了磨介的使用寿命，提高了锆珠的强度和研磨效率，并且节约了成本。

Description

锆铈铝复合陶瓷珠及其制备工艺
技术领域
本发明涉及陶瓷珠的制备技术，具体的涉及一种锆铈铝复合陶瓷珠及其制备工艺。
背景技术
超细粉碎技术是实现粉末超细化的一种非常重要的工艺手段，该工艺易于实现产业化，具有极高的商业价值。陶瓷研磨珠的产生是由于现代超细粉碎和分散技术的发展而产生的，与传统玻璃珠相比，具有极高的研磨效率和耐磨性，与金属珠相比，具有很高的耐磨性，且不会污染被磨物料。
目前氧化物陶瓷研磨珠的种类繁多，性能各异，如
Y-TZP：主要化学成分：ZrO2：94.6%，Y2O3：5.2%；密度：6.0g/cm3；堆密度3.7 g/cm3；抗弯强度：900MPa；莫氏硬度：8.5；耐磨性：5颗星。
Ce-TZP：主要化学成分：ZrO2：80%,CeO2：20%；密度：6.2g/cm3；堆密度3.7-3.9 g/cm3；抗弯强度：700MPa；莫氏硬度：8.5；耐磨性：5颗星。
ZTA：主要化学成分：ZrO2：20%，Al2O3：80%；密度：4.2g/cm3；堆密度2.5 g/cm3；抗弯强度：450MPa；莫氏硬度：9；耐磨性：5颗星。
电熔硅酸锆：主要化学成分：ZrO2：68%，SiO2：32%；密度：3.8g/cm3；堆密度2.3g/cm3；莫氏硬度：7-8；耐磨性：4颗星。
烧结硅酸锆：主要化学成分：ZrO2：60-70%,Al2O3：28-32%；密度：3.9g/cm3；堆密度2.4 g/cm3；抗弯强度：300MPa；莫氏硬度：7-8；耐磨性：4颗星。
复合珠：主要化学成分：ZrO2：20-50%，Al2O3：20-50%，SiO2：20-50%；密度：3.0-3.8g/cm3；堆密度1.9-2.3 g/cm3；抗弯强度：220MPa；莫氏硬度：7-8；耐磨性：4颗星。
Al2O3：主要化学成分：Al2O3：90-92%；密度：3.6g/cm3；堆密度2.2g/cm3；抗弯强度：280MPa；莫氏硬度：9；耐磨性：4颗星。
莫来石：主要化学成分：Al2O3：65%，SiO2：35%；密度：3.6-3.9g/cm3；堆密度1.9 g/cm3；抗弯强度：200MPa；莫氏硬度：7-8；耐磨性：3颗星。
但是在生产中发现，若配方中氧化铈的含量较高，价格比较昂贵，并且生产出来的铈锆珠强度偏小，并且耐磨性不是很好。
发明内容
本发明的目的是提供一种强度和研磨效率高且节约成本的锆铈铝复合陶瓷珠及其制备工艺。
本发明的技术方案如下：锆铈铝复合陶瓷珠，所述的铈铝复合陶瓷珠的成分配比为：ZrO2：35～75%，CeO2：5～20%；Al2O3：10～35%，CaO：5～15%，其他混合稀土：3%；锆铈铝复合陶瓷珠其晶粒大小为D50<0.5um，真密度4.2-6.0 g/cm3，维氏硬度≥ 1050，压碎强度≥ 800N，填充密度：3.3-3.7 g/cm3。
锆铈铝复合陶瓷珠的制备工艺，所述的制备工艺步骤如下：
（1）按照铈铝复合陶瓷珠的成分配比称取氧化锆粉，氧化铈粉，氧化铝粉，氧化钙，以及其他稀土进行混合均匀，将混合粉料研磨至粒度D50<0.5um以下，将研磨好的浆料通过喷雾干燥的方法制成超细粉体，超级粉体加胶水后在糖衣机中采用滚动成形的方法制得直径为0.1-10mm的陶瓷珠；
（2）将步骤（1）中制得的陶瓷珠在烧结炉中烧结，先以50℃/h的速度从常温升至250℃，保温2h，再以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，再以80℃/h升温至1050℃，保温2小时，再以90℃/h升温至1408℃，保温3小时，然后自然冷却，出窑；
（3）将步骤（2）只烧结好的陶瓷珠置入抛光机中，加水、氧化铝粉以及氨水等进行抛光，获得表面光亮、耐磨且高强度的陶瓷珠，然后将陶瓷珠根据不同规格筛选出来备用。
进一步地，所述的研磨为滚筒球磨或者沙磨。
作为优选，所述的滚筒球磨条件为粉料和水的比例为1:1，研磨时间为36-50小时。
作为优选，所述的砂磨条件为粉料和水的比列为3:2，研磨时间为3-5小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：在铈锆珠中加入了部分的氧化铝和氧化钙，由此配方生产出来的锆珠经过抛光处理后表面光亮，而且生产出来的锆珠圆整度特别好，最主要的还是由此配方生产出来的磨介非常耐磨，磨耗低，这样大大的增加了磨介的使用寿命，提高了锆珠的强度和研磨效率，并且节约了成本。
具体实施方式
实施例1
称取35份氧化锆粉、18份氧化铈粉、35份氧化铝粉、15份氧化钙粉、3份混合稀土，混合均匀，用湿法球磨方法加入与粉料比例为1:1的水，研磨时间为36-50小时得到粒径D50<0.5um的超细粉体浆料，采用喷雾干燥的方法制得超细粉体，在糖衣机中缓慢的加入比例为9:1的粉料以及胶水，不断的搅拌均匀，然后采用滚动成形的方式制得直径为0.1-10mm的陶瓷珠；
将成形好的陶瓷珠置于烧结炉中烧结，先以50℃/h的速度从常温升至250℃，保温2h,再以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，再以80℃/h升温至1050℃，保温2小时，再以再以90℃/h升温至1405℃，保温3小时，然后自然冷却，出窑。
自然冷却的陶瓷珠置于抛光机中加入水、氧化铝粉以及氨水等抛光所用的浆料进行抛光，得到表面光亮且耐磨硬度高的陶瓷珠，最后，根据客户的需求用筛选机选出不同规格的陶瓷珠。
理化性质：真密度4.2g/cm3，晶粒大小<0.5um，维氏硬度≥1050，压碎强度≥ 800N，填充密度：3.3 g/cm3。
实施例2
称取40份氧化锆粉、20份氧化铈粉、30份氧化铝粉、13份氧化钙粉、3份混合稀土，混合均匀，用湿法球磨方法加入与粉料比例为1:1的水，研磨时间为36-50小时得到粒径D50<0.5um的超细粉体浆料，采用喷雾干燥的方法制得超细粉体，在糖衣机中缓慢的加入比例为10:1的粉料以及胶水，不断的搅拌均匀，然后采用滚动成形的方式制得直径为0.1-10mm的陶瓷珠；
将成形好的陶瓷珠置于烧结炉中烧结，先以50℃/h的速度从常温升至250℃，保温2h,再以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，再以80℃/h升温至1050℃，保温2小时，再以再以90℃/h升温至1405℃，保温3小时，然后自然冷却，出窑。
自然冷却的陶瓷珠置于抛光机中加入水、氧化铝粉以及氨水等抛光所用的浆料进行抛光，得到表面光亮且耐磨硬度高的陶瓷珠，最后，根据客户的需求用筛选机选出不同规格的陶瓷珠。
理化性质：真密度4.5g/cm3，晶粒大小<0.5um，维氏硬度≥ 1150，压碎强度≥ 1000N，填充密度：3.4 g/cm3。
实施例3
称取50份氧化锆粉、5份氧化铈粉、25份氧化铝粉、12份氧化钙粉、3份混合稀土，混合均匀，用湿法球磨方法加入与粉料比例为1:1的水，研磨时间为36-50小时得到粒径D50<0.5um的超细粉体浆料，采用喷雾干燥的方法制得超细粉体，在糖衣机中缓慢的加入比例为11:1的粉料以及胶水，不断的搅拌均匀，然后采用滚动成形的方式制得直径为0.1-10mm的陶瓷珠；
将成形好的陶瓷珠置于烧结炉中烧结，先以50℃/h的速度从常温升至250℃，保温2h,再以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，再以80℃/h升温至1050℃，保温2小时，再以再以90℃/h升温至1405℃，保温3小时，然后自然冷却，出窑。
自然冷却的陶瓷珠置于抛光机中加入水、氧化铝粉以及氨水等抛光所用的浆料进行抛光，得到表面光亮且耐磨硬度高的陶瓷珠，最后，根据客户的需求用筛选机选出不同规格的陶瓷珠。
理化性质：真密度5.0g/cm3，晶粒大小<0.5um，维氏硬度≥ 1200，压碎强度≥ 1200N，填充密度：3.5 g/cm3。
实例4
称取60份氧化锆粉、12份氧化铈粉、20份氧化铝粉、6份氧化钙粉、3份混合稀土，混合均匀，用沙磨方法加入与粉料比列为3:2的水，研磨时间为3-5小时得到粒径D50<0.5um的超细粉体浆料，采用喷雾干燥的方法制得超细粉体，在糖衣机中缓慢的加入比例为12：1的粉料以及胶水，不断的搅拌均匀，然后采用滚动成形的方式制得直径为0.1-10mm的陶瓷珠；
将成形好的陶瓷珠置于烧结炉中烧结，先以50℃/h的速度从常温升至250℃，保温2h，再以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，再以80℃/h升温至1050℃，保温2小时，再以再以90℃/h升温至1405℃，保温3小时，然后自然冷却，出窑。
自然冷却的陶瓷珠置于抛光机中加入水、氧化铝粉以及氨水等抛光所用的浆料进行抛光，得到表面光亮且耐磨硬度高的陶瓷珠，最后，根据客户的需求用筛选机选出不同规格的陶瓷珠。
理化性质：真密度5.5g/cm3，晶粒大小<0.5um，维氏硬度≥ 1250，压碎强度≥ 1500N，填充密度：3.6 g/cm3。
实施例5
称取75份氧化锆粉、10份氧化铈粉、10份氧化铝粉、5份氧化钙粉、3份混合稀土，混合均匀，用沙磨方法加入与粉料比列为3:2的水，研磨时间为3-5小时得到粒径D50<0.5um的超细粉体浆料，采用喷雾干燥的方法制得超细粉体，在糖衣机中缓慢的加入比例为13：1粉料以及胶水，不断的搅拌均匀，然后采用滚动成形的方式制得直径为0.1-10mm的陶瓷珠；
将成形好的陶瓷珠置于烧结炉中烧结，先以50℃/h的速度从常温升至250℃，保温2h,再以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，再以80℃/h升温至1050℃，保温2小时，再以再以90℃/h升温至1405℃，保温3小时，然后自然冷却，出窑。
自然冷却的陶瓷珠置于抛光机中加入水、氧化铝粉以及氨水等抛光所用的浆料进行抛光，得到表面光亮且耐磨硬度高的陶瓷珠，最后，根据客户的需求用筛选机选出不同规格的陶瓷珠。
理化性质：真密度6.0g/cm3，晶粒大小<0.5um，维氏硬度≥1300，压碎强度≥1600N，填充密度：3.7g/cm3。
上述技术方案仅体现了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明准许范围的限制，凡根据本发明做出的变形和改进，均属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.锆铈铝复合陶瓷珠，其特征在于所述的铈铝复合陶瓷珠的成分配比为：ZrO2：35～75%，CeO2：5～20%；Al2O3：10～35%，CaO：5～15%，其他混合稀土：3%；锆铈铝复合陶瓷珠其晶粒大小为D50<0.5um，真密度4.2-6.0 g/cm3，维氏硬度≥ 1050，压碎强度≥ 800N，填充密度：3.3-3.7 g/cm3。
2.根据权利要求1所述的锆铈铝复合陶瓷珠的制备工艺，其特征在于所述的制备工艺步骤如下：
（1）按照铈铝复合陶瓷珠的成分配比称取氧化锆粉，氧化铈粉，氧化铝粉，氧化钙，以及其他稀土进行混合均匀，将混合粉料研磨至粒度D50<0.5um以下，将研磨好的浆料通过喷雾干燥的方法制成超细粉体，超级粉体加水湿润后在造球机中采用滚动成形的方法制得直径为0.1-10mm的陶瓷珠；
（2）将步骤（1）中制得的陶瓷珠在烧结炉中烧结，先以50℃/h的速度从常温升至250℃，保温2h，再以60℃/h升温至650℃，保温2.5小时，再以80℃/h升温至1050℃，保温2小时，再以90℃/h升温至1408℃，保温3小时，然后自然冷却，出窑；
（3）将步骤（2）只烧结好的陶瓷珠置入抛光机中，加水、氧化铝粉以及氨水等进行抛光，获得表面光亮、耐磨且高强度的陶瓷珠，然后将陶瓷珠根据不同规格筛选出来备用。
3.根据权利要求2所述的锆铈铝复合陶瓷珠的制备工艺，其特征在于所述的研磨为滚筒球磨或者沙磨。
4.根据权利要求3所述的锆铈铝复合陶瓷珠的制备工艺，其特征在于所述的滚筒球磨条件为粉料和水的比例为1:1，研磨时间为36-50小时。
5.根据权利要求3所述的锆铈铝复合陶瓷珠的制备工艺，其特征在于所述的砂磨条件为粉料和水的比列为3:2，研磨时间为3-5小时。
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