CN106475206B

CN106475206B - 等积形超硬磨料颗粒的制备方法

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Publication number: CN106475206B
Application number: CN201611111576.0A
Authority: CN
Inventors: 李保中
Original assignee: HENAN FULAIGE ULTRAHARD MATERIAL CO Ltd; Funik Ultrahard Material Co Ltd
Current assignee: HENAN FULAIGE ULTRAHARD MATERIAL CO Ltd; Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2036-12-06
Also published as: CN106475206A

Abstract

本发明公开了一种等积形超硬磨料颗粒的制备方法，属于磨具、磨料加工技术领域。本发明中等积形超硬磨料颗粒的制备原理为：利用气流粉碎机，使空压机产生的高压气流通过破碎腔，使3股气流携带的粗粒度超硬磨料在破碎腔中呈120°角中心对碰，使粗粒度颗粒破碎成细粒度，破碎后的颗粒继续在破碎腔中碰撞整形，或者在整形腔中摩擦修整，经分气轮控制粒度和排料后，在引风系统和回收旋风的作用下粗筛，最后经精筛得到所需粒度的产品，而未达到粒度要求的粉料重新进入气流粉碎机中破碎、整形。

Description

等积形超硬磨料颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种等积形超硬磨料颗粒的制备方法，属于磨具、磨料加工技术领域。

背景技术

超硬材料包括立方氮化硼和人造金刚石。其中立方氮化硼是六方晶格的氮化硼在高温高压下经触媒剂作用聚合转化成的高密度晶体，其原子结构与金刚石中碳原子结构类似，因此具有高密度特性。立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，二者都常被用作磨料和刀具材料。除此之外，立方氮化硼还具有较高的热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外性和较宽的禁带宽度。

超硬材料的颗粒尺寸通常在1mm以下，市面上分为等积形和非等积形两种产品。如等积形立方氮化硼晶体的扫描椭圆率通常在1.4以下，而非等积形的扫描椭圆率在1.4以上。在黑色金属或黑色金属合金机械加工领域，等积形立方氮化硼晶体有着非常广泛的应用，主要用于陶瓷结合剂制品和聚晶产品，以及精加工和超精加工中抛光研磨和珩磨作业，目前市场上等积形立方氮化硼常供不应求。而人造金刚石主要用于非金属加工和建材加工，在工业领域有着非常广泛的应用。

超硬材料如立方氮化硼在合成过程中由于受到原料、设备和工艺的限制，产品的粒度范围较宽，且形状无规则，因此在选择性使用单粒度等积形立方氮化硼晶体时，产品的利用率较低，即使是峰值粒度，其利用率也在10％以下，这就造成非常用粒度和非等积形晶体大量库存积压。目前，细粒度等积形立方氮化硼如170/200目、200/230目、230/270目、325/400目以及400～2000目微粉的市场需求量大，同时多晶人造金刚石如230/270目、270/325目、325/400目等细粒度产品也供不应求。为降低生产成本，利用粗粒度产品制备细粒度等积形超硬材料，能有效减少库存积压，提高细粒度产品的市场供应，对平衡产能、提高产品竞争力、实践节能环保具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种等积形超硬磨料颗粒的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

等积形超硬磨料颗粒的制备，具体采用方法一或方法二，这两种方法对应得到的超硬磨料颗粒的粒径大小不同；

方法一，包括以下步骤：

1)将粗粒度(50～200目)超硬磨料颗粒加入到气流粉碎机的破碎腔中，采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎颗粒，调整气压0.3～0.8MPa，分气轮转速350～1200转/分，引风机转速1200～3000转/分，破碎5～20分钟；

2)破碎完成后继续在破碎腔中整形，调整气压0.2～0.6MPa，分气轮转速400～1200转/分，引风机转速1200～3000转/分，整形5～20分钟；

3)整形结束后排出物料，筛分，得到粒径100～400目的磨料颗粒；

方法二，包括以下步骤：

1)将粗粒度(50～600目)超硬磨料颗粒加入到气流粉碎机的破碎腔中，采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎颗粒，调整气压0.6～0.75MPa，分气轮转速600～1600转/分，引风机转速1200～3000转/分，破碎30～100分钟；

2)破碎完成后排出物料，收集破碎的颗粒并加入到整形腔中，采用多股切线旋转气流，调整气压0.2～0.5MPa，分气轮转速2800～3000转/分，引风机转速为0，整形40～90分钟；

3)整形完成后排出物料，纯化后筛分，得到粒径5～40μm的磨料颗粒。

在方法一的步骤1)中，气流粉碎机可采用开封市鑫东方微粉科技有限公司(原开封东方微粉公司)生产的FJM-325型流态化式气流粉碎机，该机型集对撞式破碎、切线旋转式破碎、引风及旋风分离功能于一体。

在方法一的步骤1)中，破碎腔中的投料量为20～40千克/次。

在方法一的步骤3)中，排出物料时调整气压0.6～0.8MPa，分气轮转速20～50转/分，引风机转速2800～3000转/分，排料20～30分钟。

在方法一的步骤3)中，筛分可采用旋振筛分法，旋振筛投料量2～4千克/次，超声波频率27～30MHz(常用28MHz)，电机功率3千瓦，每次筛分10～15分钟。

在方法二的步骤1)中，气流粉碎机同方法一，破碎腔中的投料量同方法一。

在方法二的步骤2)中，排出物料时调整气压0.6～0.8MPa，分气轮转速200～600转/分，引风机转速2800～3000转/分，排料20～30分钟。

在方法二的步骤2)中，整形腔的投料量为20～30千克/次。

在方法二的步骤2)中，切线旋转气流选择3～6股。

在方法二的步骤3)中，排出物料时关闭气阀和分气轮，手动排出物料。

在方法二的步骤3)中，纯化可采用硫酸或盐酸提纯法，将物料用硫酸或盐酸浸泡1～2h，洗至中性即可。

在方法二的步骤3)中，筛分可采用沉降法，将物料投入微粉(自动)分选机中，按照自然沉降原理分选出所需粒度的产品。

在等积形超硬磨料颗粒的制备过程中，破碎效率与气压有关，一般气压越高、破碎越快，破碎效率越高，但是晶体的形状易不受控制。要想得到特定形状的晶体，需要将气压、分气轮转速、引风机转速三者匹配控制，保证物料在破碎过程中有合适的碰撞动能与碰撞次数。如果投入物料的粒度与需求产品的粒度相差过大，则需分步调整气压，即先用对撞式气流破碎物料至接近产品的粒度，再用旋转气流修整晶体形状至满足要求。

本发明的有益效果：

本发明中等积形超硬磨料颗粒的制备原理为：利用气流粉碎机，使空压机产生的高压气流通过破碎腔，使3股气流携带的粗粒度超硬磨料在破碎腔中呈120°角中心对碰，使粗粒度颗粒破碎成细粒度，破碎后的颗粒继续在破碎腔中碰撞整形，或者在整形腔中摩擦修整，经分气轮控制粒度和排料后，在引风系统和回收旋风的作用下粗筛，最后经精筛得到所需粒度的产品，而未达到粒度要求的粉料重新进入气流粉碎机中破碎、整形。

本发明中等积形超硬磨料颗粒的制备工艺简单，操作简便，具有以下优点：

1)效率高，是传统破碎整形工艺的10～20倍；

2)通过晶体间碰撞摩擦破碎修整，可避免外部杂质的介入；

3)在相对封闭的系统中生产，可避免粉尘外泄，物料回收率在99.99％以上，对环境及操作人员的影响较小；

4)生产成本低，调整工艺参数即可调节磨料粒度的分布状态，可根据市场需求增减相应粒度产品产量；

5)平衡各粒度产品的产销比，可将无效库存转化为有效销售，库存产品再加工利用率达30％～50％；

6)对晶形不达标产品(如椭圆率不达标的合成晶体)进行修补加工，提高利用率至10％～20％，或将高级别微粉晶体直接加工成符合要求的晶体。

附图说明

图1为实施例1中200/230目等积形产品的扫描电镜照片；

图2为实施例1中230/270目等积形产品的扫描电镜照片；

图3为实施例1中270/325目等积形产品的扫描电镜照片；

图4为实施例1中325/400目等积形产品的扫描电镜照片；

图5为实施例4中20～30μm等积形产品的扫描电镜照片；

图6为实施例4中15～25μm等积形产品的扫描电镜照片；

图7为实施例4中10～20μm等积形产品的扫描电镜照片；

图8为实施例4中8～12μm等积形产品的扫描电镜照片。

具体实施方式

下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

等积形超硬磨料颗粒的制备方法，具体步骤如下：

1)将粒度为140/170目的等积形立方氮化硼晶体(自产品牌850)和粒度170/200目的非等积形立方氮化硼晶体(自产品牌810)投入到FJM-325型流态化式气流粉碎机(由开封市鑫东方微粉科技有限公司生产，公司网址：http://www.kfdfgs.com)的破碎腔中，每次投料30千克；

采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎晶体，调整气压0.55MPa，分气轮转速500转/分，引风机转速1200转/分，破碎5分钟；

2)破碎完成后继续在破碎腔中整形，调整气压0.3MPa，分气轮转速和引风机转速不变，整形10分钟；

3)整形结束后排出物料，调整气压0.75MPa，分气轮转速20转/分，引风机转速3000转/分，排料30分钟，完成本轮破碎、整形；

回复起初控制参数，进行下一轮破碎、整形，循环加工直至投料完成，总投料210千克；

4)将排出的混合粒度的粉料投入旋振筛(超声波频率28MHz，电机功率3千瓦)中，每次投料3千克，筛分10分钟，共分出200/230目(见图1)、230/270目(见图2)、270/325目(见图3)、325/400目(见图4)四种粒度的等积形产品；

5)未达到粒度要求的粉料重新进入气流粉碎机中破碎、整形。

经多次破碎、筛分，共得到有效粒度产品103千克，其中200/230目等积形产品38千克，230/270目等积形产品33千克，270/325目等积形产品25千克，325/400目等积形产品7千克，利用率占原料的49％。

实施例2

等积形超硬磨料颗粒的制备方法，具体步骤如下：

1)将粒度为70/80、80/100、100/120目(自产品牌CBN850)的立方氮化硼晶体(包括等积形和非等积形)投入到FJM-325型流态化式气流粉碎机(购自开封市鑫东方微粉科技有限公司)的破碎腔中，每次投料40千克；

采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎晶体，调整气压0.75MPa，分气轮转速600转/分，引风机转速1500转/分，破碎15分钟；

2)破碎完成后继续在破碎腔中整形，调整气压0.5MPa，分气轮转速和引风机转速不变，整形10分钟；

回复起初控制参数，进行下一轮破碎、整形，循环加工直至投料完成，总投料160千克；

4)将排出的混合粒度的粉料投入旋振筛(超声波频率28MHz，电机功率3千瓦)中，每次投料4千克，筛分15分钟，共分出200/230目、230/270目、270/325目、325/400目四种粒度的等积形产品；

经多次破碎、筛分，共得到有效粒度产品66千克，其中200/230目等积形产品26千克，230/270目等积形产品19千克，270/325目等积形产品15千克，325/400目等积形产品6千克，利用率占原料的41％。

实施例3

等积形超硬磨料颗粒的制备方法，具体步骤如下：

1)将粒度为200/230目(自产品牌FVG200)的多晶金刚石晶体投入到气流粉碎机的破碎腔中，每次投料40千克；

采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎晶体，调整气压0.4MPa，分气轮转速350转/分，引风机转速3000转/分，破碎20分钟；

2)破碎完成后继续在破碎腔中整形，调整气压0.25MPa，分气轮转速400转/分，引风机转速不变，整形20分钟；

3)整形结束后排出物料，调整气压0.6MPa，分气轮转速50转/分，引风机转速不变，排料30分钟，完成本轮破碎、整形；

回复起初控制参数，进行下一轮破碎、整形，循环加工直至投料完成，总投料120千克；

4)将排出的混合粒度的粉料投入旋振筛(超声波频率28MHz，电机功率3千瓦)中，每次投料4千克，筛分15分钟，共分出230/270目、270/325目、325/400目三种粒度的等积形产品；

5)未达到粒度要求的粉料重新进入气流粉碎机中破碎。

经多次破碎、筛分，共得到有效粒度产品54千克，其中230/270目等积形产品21千克，270/325目等积形产品19千克，325/400目等积形产品14千克，利用率占原料的45％。

实施例4

等积形超硬磨料颗粒的制备方法，具体步骤如下：

1)将粒度为50～200目的粗立方氮化硼晶体(自产CBN980品牌)投入到气流粉碎机的破碎腔中，每次投料40千克；

采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎晶体，调整气压0.6MPa，分气轮转速600转/分，引风机转速3000转/分，破碎30分钟；

破碎结束后排出物料，调整气压0.75MPa，分气轮转速200转/分，引风机转速3000转/分，排料20分钟；

2)收集破碎的物料并加入整形腔中，每次投料20千克，采用3股切线旋转气流，调整气压0.5MPa，分气轮转速3000转/分，引风机转速为0，整形60分钟；

3)整形结束后关闭气阀和分气轮，手动排出物料，完成本次破碎、整形；

回复起初控制参数，进行下一轮破碎、整形，循环加工直至投料完成，总投料200千克；

4)将收集的物料用盐酸浸泡1h，纯净水洗至中性，投入微粉自动分选机中用沉淀法选出20～30μm(见图5)、15～25μm(见图6)、10～20μm(见图7)、8～12μm(见图8)四种粒度产品；

5)未达到粒度要求的粉料重新进入气流粉碎机中破碎。

经多次破碎、筛分，共得到有效粒度产品113千克，其中20～30μm等积形产品46千克，15～25μm等积形产品32千克，10～20μm等积形产品23千克，8～12μm等积形产品12千克，成品利用率为56.5％。

实施例5

1)将粒度为30～40μm的立方氮化硼晶体(自产M980品牌)投入到气流粉碎机的破碎腔中，每次投料40千克；

采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎晶体，调整气压0.75MPa，分气轮转速1600转/分，引风机转速1200转/分，破碎100分钟；

破碎结束后排出物料，调整气压0.6MPa，分气轮转速600转/分，引风机转速2900转/分，排料20分钟；

2)收集破碎的物料并加入整形腔中，每次投料20千克，采用6股切线旋转气流，调整气压0.4MPa，分气轮转速3000转/分，引风机转速为0，整形60分钟；

4)将收集的物料用硫酸浸泡2h，纯净水洗至中性，用沉淀法选出10～20μm、8～12μm两种粒度产品；

5)未达到粒度要求的粉料重新进入气流粉碎机中破碎。

经多次破碎、筛分，共得到有效粒度产品70千克，其中10～20μm等积形产品41千克，8～12μm等积形产品29千克，成品利用率为43.75％。

实施例6

采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎晶体，调整气压0.70MPa，分气轮转速1200转/分，引风机转速2000转/分，破碎60分钟；

破碎结束后排出物料，调整气压0.8MPa，分气轮转速500转/分，引风机转速2800转/分，排料30分钟；

2)收集破碎的物料并加入整形腔中，每次投料30千克，采用4股切线旋转气流，调整气压0.2MPa，分气轮转速3000转/分，引风机转速为0，整形60分钟；

4)将和搜集的物料用盐酸浸泡1.5h，纯净水洗至中性，投入微粉自动分选机中用沉淀法选出20～30μm、15～25μm两种粒度产品。

经多次破碎、筛分，共得到有效粒度产品58千克，其中20～30μm等积形产品32千克，15～25μm等积形产品26千克，成品利用率为48.3％。

Claims

1.等积形超硬磨料颗粒的制备方法，其特征在于：根据所得到颗粒粒径的大小选择采用方法一或方法二；

方法一，包括以下步骤：

1）将50~200目超硬磨料颗粒加入到气流粉碎机的破碎腔中，采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎颗粒，调整气压0.3~0.8MPa，分气轮转速350~1200转/分，引风机转速1200~3000转/分，破碎5~20分钟；

2）破碎完成后继续在破碎腔中整形，调整气压0.2~0.6MPa，分气轮转速400~1200转/分，引风机转速1200~3000转/分，整形5~20分钟；

3）整形结束后排出物料，筛分，得到粒径100~400目的磨料颗粒；

方法二，包括以下步骤：

1）将50~600目超硬磨料颗粒加入到气流粉碎机的破碎腔中，采用3股呈120°角中心对撞式气流破碎颗粒，调整气压0.6~0.75MPa，分气轮转速600~1600转/分，引风机转速1200~3000转/分，破碎30~100分钟；

2）破碎完成后排出物料，收集破碎的颗粒并加入到整形腔中，采用多股切线旋转气流，调整气压0.2~0.5MPa，分气轮转速2800~3000转/分，引风机转速为0，整形40~90分钟；

3）整形完成后排出物料，纯化后筛分，得到粒径5~40μm的磨料颗粒；

在方法一的步骤3）中，排出物料时调整气压0.6~0.8MPa，分气轮转速20~50转/分，引风机转速2800~3000转/分，排料20~30分钟；在方法二的步骤2）中，排出物料时调整气压0.6~0.8MPa，分气轮转速200~600转/分，引风机转速2800~3000转/分，排料20~30分钟。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在方法一、方法二的步骤1）中，气流粉碎机均采用FJM-325型流态化式气流粉碎机。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在方法一、方法二的步骤1）中，破碎腔中的投料量均为20~40千克/次。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在方法一的步骤3）中，筛分采用旋振筛分法，旋振筛投料量2~4千克/次，超声波频率27~30MHz，电机功率3千瓦，每次筛分10~15分钟。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在方法二的步骤2）中，整形腔的投料量为20~30千克/次。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在方法二的步骤2）中，切线旋转气流选择3~6股。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在方法二的步骤3）中，纯化采用硫酸或盐酸提纯法。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在方法二的步骤3）中，筛分采用沉淀法。