CN106278200A - 一种高耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛5‑12份、铬粉0.2‑0.8份、电熔氧化锆粉5‑15份、硅灰石1‑5份、活性白土2‑10份、高岭土3‑12份、碳酸钙0.5‑1.5份、碳酸锂0.2‑1.5份、氧化镧0.1‑0.5份、氧化钇0.1‑0.5份、氧化铕0.1‑0.5份、七氧化四铽0.2‑1份、氧化钬0.3‑0.8份、氧化铜0.1‑0.5份。本发明提出的高耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法，所述制备方法过程简单，条件温和，得到的氧化铝陶瓷球抗冲击性能优异，耐磨性好，能满足水泥粉磨系统的使用要求。

Description

一种高耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨球技术领域，尤其涉及一种高耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法。
背景技术
近年以来，国家相关部门一直在提倡“节能降耗”，力争降低企业的运营成本，减少各生产企业对资源的浪费。作为我国经济发展重要组成部分的水泥企业，也逐渐进入“节能降耗”的行列。在水泥生产过程中，“两磨”过程中的能源消耗占整个水泥生产过程中的绝大比例，因此在国家“节能降耗”的相关政策之下，如何提高粉磨效率、降低粉磨电耗、提高球磨机时产量一直都是我国水泥技术工作者研究的课题。而另一方面，由于水泥磨技术对水泥性能有着重要的影响，综合考虑能耗与水泥性能之间的关系，促进粉磨技术理性发展也越来越受业内人士的关注。
如何降低“两磨”能耗的关键在提升球磨机的效率，降低球磨机中钢球的磨损率。在目前“两磨”过程中，对钢球的磨损率非常大，钢球需要频繁的更换和补加，不仅增加了水泥企业的运营成本，而且降低了水泥企业的工作效率。氧化铝陶瓷球由于具有合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀、价格低的特点，因此被认为是替换钢球的最佳选择，但是在数十年的发展过程中，人们对氧化铝陶瓷球仍不是很了解，现有的氧化铝陶瓷球抗冲击性和耐磨性能不是很理想，在使用的过程中，存在破损率高，稳定性欠佳的缺陷。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法，所述制备方法过程简单，条件温和，得到的氧化铝陶瓷球抗冲击性能优异，耐磨性好，能满足水泥粉磨系统的使用要求。
本发明提出的一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛5-12份、铬粉0.2-0.8份、电熔氧化锆粉5-15份、硅灰石1-5份、活性白土2-10份、高岭土3-12份、碳酸钙0.5-1.5份、碳酸锂0.2-1.5份、氧化镧0.1-0.5份、氧化钇0.1-0.5份、氧化铕0.1-0.5份、七氧化四铽0.2-1份、氧化钬0.3-0.8份、氧化铜0.1-0.5份。
优选地，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛7-10份、铬粉0.5-0.8份、电熔氧化锆粉8.8-10份、硅灰石2-3.8份、活性白土5.6-7份、高岭土6.2-8份、碳酸钙0.7-1.1份、碳酸锂0.5-1.2份、氧化镧0.3-0.38份、氧化钇0.35-0.4份、氧化铕0.2-0.35份、七氧化四铽0.45-0.7份、氧化钬0.5-0.6份、氧化铜0.2-0.4份。
优选地，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛8.5份、铬粉0.6份、电熔氧化锆粉9份、硅灰石3.2份、活性白土6.3份、高岭土7份、碳酸钙1份、碳酸锂1.1份、氧化镧0.31份、氧化钇0.37份、氧化铕0.3份、七氧化四铽0.5份、氧化钬0.55份、氧化铜0.31份。
优选地，其原料中，所述电熔氧化锆粉为单斜型的电熔氧化锆粉，且其中氧化锆和氧化铪的含量之和≥99.6wt％。
本发明还提出的一种所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水后球磨20-25h得到泥浆，将泥浆脱水，并烘至含水量为1.5-2.5wt％得到泥饼；
S2、将泥饼在1200-1400℃下进行煅烧30-50min得到粉料；
S3、将粉料放入球磨机中进行研磨，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S4、将粒料成型后进行微波烧结得到所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其中，在微波烧结过程中，烧结的温度为1250-1400℃，烧结的时间为3-5h。
优选地，在S1中，所述泥浆的固含量为55-65wt％。
优选地，在S3中，将粉料放入球磨机中进行研磨时，还包括加入无水乙醇和聚乙烯醇，其中，无水乙醇的质量为粉料质量的1-3％，聚乙烯醇的质量为粉料质量的1-2％。
优选地，在S3中，将粉料放入球磨机中进行研磨时，研磨至各物料的平均粒径为2-3.5μm。
优选地，在S4中，将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为80-95MPa，保压的时间为15-25min。
本发明所述高耐磨氧化铝陶瓷球的原料中，以高铝矾土为基体材料，并加入了碳氮化钛、铬粉、电熔氧化锆粉、硅灰石、活性白土、高岭土、碳酸钙、碳酸锂、氧化镧、氧化钇、氧化铕、七氧化四铽、氧化钬、氧化铜与其配合，通过调节各原料的含量，并控制制备的工艺参数，得到的氧化铝陶瓷球大小均匀，体积密度大，强度高，抗冲击性能好，耐磨性能优异，在使用的过程中，磨耗小；具体地，在体系中加入了碳氮化钛，从而在氧化铝主晶相的粒子周围形成了均匀且细小的TiC0.5N0.5，从而降低了体系的界面能，使复合晶粒间结合紧密，强化了晶界，提高陶瓷球的强度和抗冲击性能；电熔氧化锆粉加入体系中，与基体形成了Al2O3/ZrO2复相陶瓷，在氧化钇的作用下，ZrO2陶瓷与基体Al2O3陶瓷之间存在热膨胀差，微波烧结后在冷却过程中，分散到Al2O3基体中的ZrO2颗粒因温度变化发生相变而受到基体的约束，ZrO2受到张应力从而对Al2O3基体产生压应力作用，抑制其晶粒长大，形成均匀致密的微结构，使陶瓷球的弯曲强度、断裂韧性和抗冲击性能均有所增加；加入了七氧化四铽，一方面，其在体系中形成的Tb3Al5O12晶体能进行分解，从而位于氧化铝晶界间，提高了体系的致密度，另一方面，Tb3+和Tb4+间能相互转变，与氧化镧形成的LaAl11O18相互配合后有利于抑制氧化铝晶粒长大，使气孔排出充分，显著提高了陶瓷的致密度，与氧化铕和氧化钬配合后增强了陶瓷球的耐磨性，同时降低了烧结的温度；氧化铜加入体系中，与体系中存在的二氧化钛配合后得到了TiO2-CuO复合相，从而促进了陶瓷烧结的致密性，降低了陶瓷球的孔隙率，增强了陶瓷球的抗折强度和抗冲击性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛12份、铬粉0.2份、电熔氧化锆粉15份、硅灰石1份、活性白土10份、高岭土3份、碳酸钙1.5份、碳酸锂0.2份、氧化镧0.5份、氧化钇0.1份、氧化铕0.5份、七氧化四铽0.2份、氧化钬0.8份、氧化铜0.1份。
本发明还提出的一种所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水后球磨25h得到泥浆，将泥浆脱水，并烘至含水量为1.5wt％得到泥饼；
S2、将泥饼在1400℃下进行煅烧30min得到粉料；
S3、将粉料放入球磨机中进行研磨，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S4、将粒料成型后进行微波烧结得到所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其中，在微波烧结过程中，烧结的温度为1250℃，烧结的时间为5h。
实施例2
本发明提出的一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛5份、铬粉0.8份、电熔氧化锆粉5份、硅灰石5份、活性白土2份、高岭土12份、碳酸钙0.5份、碳酸锂1.5份、氧化镧0.1份、氧化钇0.5份、氧化铕0.1份、七氧化四铽1份、氧化钬0.3份、氧化铜0.5份。
本发明还提出的一种所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水后球磨20h得到泥浆，将泥浆脱水，并烘至含水量为2.5wt％得到泥饼；
S2、将泥饼在1200℃下进行煅烧50min得到粉料；
S3、将粉料放入球磨机中进行研磨，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S4、将粒料成型后进行微波烧结得到所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其中，在微波烧结过程中，烧结的温度为1400℃，烧结的时间为3h。
实施例3
本发明提出的一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛7份、铬粉0.8份、电熔氧化锆粉8.8份、硅灰石3.8份、活性白土5.6份、高岭土8份、碳酸钙0.7份、碳酸锂1.2份、氧化镧0.3份、氧化钇0.4份、氧化铕0.2份、七氧化四铽0.7份、氧化钬0.5份、氧化铜0.4份。
本发明还提出的一种所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水后球磨22h得到泥浆，其中，泥浆的固含量为65wt％，将泥浆脱水，并烘至含水量为1.8wt％得到泥饼；
S2、将泥饼在1280℃下进行煅烧42min得到粉料；
S3、将粉料、无水乙醇和聚乙烯醇放入球磨机中进行研磨，研磨至各物料的平均粒径为2μm，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料，其中，无水乙醇的质量为粉料质量的3％，聚乙烯醇的质量为粉料质量的1％；
S4、将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为80MPa，保压的时间为25min，然后进行微波烧结得到所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其中，在微波烧结过程中，烧结的温度为1280℃，烧结的时间为4.3h。
实施例4
本发明提出的一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛10份、铬粉0.5份、电熔氧化锆粉10份、硅灰石2份、活性白土7份、高岭土6.2份、碳酸钙1.1份、碳酸锂0.5份、氧化镧0.38份、氧化钇0.35份、氧化铕0.35份、七氧化四铽0.45份、氧化钬0.6份、氧化铜0.2份。
本发明还提出的一种所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水后球磨24h得到泥浆，其中，泥浆的固含量为55wt％，将泥浆脱水，并烘至含水量为2.2wt％得到泥饼；
S2、将泥饼在1350℃下进行煅烧35min得到粉料；
S3、将粉料、无水乙醇和聚乙烯醇放入球磨机中进行研磨至各物料的平均粒径为3.5μm，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料，其中，无水乙醇的质量为粉料质量的1％，聚乙烯醇的质量为粉料质量的2％；
S4、将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为95MPa，保压的时间为15min，然后进行微波烧结得到所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其中，在微波烧结过程中，烧结的温度为1320℃，烧结的时间为3.8h。
实施例5
本发明提出的一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛8.5份、铬粉0.6份、电熔氧化锆粉9份、硅灰石3.2份、活性白土6.3份、高岭土7份、碳酸钙1份、碳酸锂1.1份、氧化镧0.31份、氧化钇0.37份、氧化铕0.3份、七氧化四铽0.5份、氧化钬0.55份、氧化铜0.31份；
其中，所述电熔氧化锆粉为单斜型的电熔氧化锆粉，且其中氧化锆和氧化铪的含量之和≥99.6wt％。
本发明还提出的一种所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水后球磨23.8h得到泥浆，其中，泥浆的固含量为60wt％，将泥浆脱水，并烘至含水量为1.9wt％得到泥饼；
S2、将泥饼在1300℃下进行煅烧40min得到粉料；
S3、将粉料、无水乙醇和聚乙烯醇放入球磨机中进行研磨至各物料的平均粒径为2.8μm，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料，其中，无水乙醇的质量为粉料质量的1.8％，聚乙烯醇的质量为粉料质量的1.6％；
S4、将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为90MPa，保压的时间为20min，然后进行微波烧结得到所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其中，在微波烧结过程中，烧结的温度为1350℃，烧结的时间为4.3h。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高耐磨氧化铝陶瓷球，其特征在于，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛5-12份、铬粉0.2-0.8份、电熔氧化锆粉5-15份、硅灰石1-5份、活性白土2-10份、高岭土3-12份、碳酸钙0.5-1.5份、碳酸锂0.2-1.5份、氧化镧0.1-0.5份、氧化钇0.1-0.5份、氧化铕0.1-0.5份、七氧化四铽0.2-1份、氧化钬0.3-0.8份、氧化铜0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其特征在于，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛7-10份、铬粉0.5-0.8份、电熔氧化锆粉8.8-10份、硅灰石2-3.8份、活性白土5.6-7份、高岭土6.2-8份、碳酸钙0.7-1.1份、碳酸锂0.5-1.2份、氧化镧0.3-0.38份、氧化钇0.35-0.4份、氧化铕0.2-0.35份、七氧化四铽0.45-0.7份、氧化钬0.5-0.6份、氧化铜0.2-0.4份。
3.根据权利要求1或2所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其特征在于，其原料按重量份包括：高铝矾土100份、碳氮化钛8.5份、铬粉0.6份、电熔氧化锆粉9份、硅灰石3.2份、活性白土6.3份、高岭土7份、碳酸钙1份、碳酸锂1.1份、氧化镧0.31份、氧化钇0.37份、氧化铕0.3份、七氧化四铽0.5份、氧化钬0.55份、氧化铜0.31份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其特征在于，其原料中，所述电熔氧化锆粉为单斜型的电熔氧化锆粉，且其中氧化锆和氧化铪的含量之和≥99.6wt％。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水后球磨20-25h得到泥浆，将泥浆脱水，并烘至含水量为1.5-2.5wt％得到泥饼；
S2、将泥饼在1200-1400℃下进行煅烧30-50min得到粉料；
S3、将粉料放入球磨机中进行研磨，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S4、将粒料成型后进行微波烧结得到所述高耐磨氧化铝陶瓷球，其中，在微波烧结过程中，烧结的温度为1250-1400℃，烧结的时间为3-5h。
6.根据权利要求5所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，其特征在于，在S1中，所述泥浆的固含量为55-65wt％。
7.根据权利要求5或6所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，其特征在于，在S3中，将粉料放入球磨机中进行研磨时，还包括加入无水乙醇和聚乙烯醇，其中，无水乙醇的质量为粉料质量的1-3％，聚乙烯醇的质量为粉料质量的1-2％。
8.根据权利要求5-7中任一项所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，其特征在于，在S3中，将粉料放入球磨机中进行研磨时，研磨至各物料的平均粒径为2-3.5μm。
9.根据权利要求5-8中任一项所述高耐磨氧化铝陶瓷球的制备方法，其特征在于，在S4中，将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为80-95MPa，保压的时间为15-25min。
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Denomination of invention: The invention relates to a high wear-resistant alumina ceramic ball and a preparation method thereof

Effective date of registration: 20210902

Granted publication date: 20190830

Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd.

Pledgor: ANHUI RUITAI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980008796

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