CN107363736B - 一种高密度微晶陶瓷研磨体及其制备方法 - Google Patents

一种高密度微晶陶瓷研磨体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高密度微晶陶瓷研磨体及其制备方法，涉及材料技术领域。一种高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法包括：将第一原料进行球磨后造球得第一研磨体；将第二原料经球磨后覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；将第一原料经球磨后覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体；第一原料包括超低钠ɑ‑Al2O3，第二原料包括铁磷。该方法制备工艺简单，可控性强，制备成本低，适合大规模生产。一种高密度微晶陶瓷研磨体，由上述制备方法制作而成。韧性高，密度大且可调节，不易破碎，寿命长，具有较好的应用前景。

Description

一种高密度微晶陶瓷研磨体及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，且特别涉及一种高密度微晶陶瓷研磨体及其制备方法。
背景技术
陶瓷球具有硬度高、耐腐蚀等优点，在陶瓷、玻璃、搪瓷、颜料、化工等行业广泛应用。目前，制备微晶陶瓷球所用的原料一般为氧化铝或含氧化铝的其它物质，通过添加含镁、钙、锆、硅、稀土元素等物质来阻止刚玉晶相的长大达到微晶的目的。由于陶瓷球的主要物相是刚玉，烧成过程中以刚玉相的烧结为主，但是由于含有的物相不同，难以实现全部烧结，制得的刚玉球密度在3.6g/cm3左右。还通过添加其它物相成份如碳化钛等采用复合方式来提高陶瓷体的韧性，或者以氧化锆为主原料来提高陶瓷球的密度。以氧化锆为主原料做成的锆球，体积密度虽高，但成本太高，作为一般矿物研磨介质，带来较大的经济负担。因此，研制新型的陶瓷球对其发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，该方法制备工艺简单，可控性强，制备成本低，适合大规模生产。
本发明的另一目的在于提供一种高密度微晶陶瓷研磨体，该高密度微晶陶瓷研磨体韧性高，密度大且可调节，不易破碎，寿命长，具有较好的应用前景。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，包括：将第一原料进行球磨后造球得第一研磨体；将第二原料经球磨后覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；将第一原料经球磨后覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体；第一原料包括超低钠ɑ-Al2O3，第二原料包括铁磷。
本发明提出一种高密度微晶陶瓷研磨体，由上述制备方法制作而成。
本发明提供的一种高密度微晶陶瓷研磨体及其制备方法的有益效果是：
本发明提供的一种高密度微晶陶瓷研磨体，超低钠ɑ-Al2O3作为第一原料，以铁磷作为第二原料，分别进行球磨，制得具有层状结构的陶瓷研磨体。原料粒度细，纯度高，玻璃相少，极大地提高了研磨体的韧性，使得其在使用过程中不易破碎，提高使用寿命。在烧成过程中，铁磷与活性氧化铝反应生成铁铝尖晶石环，进一步提高研磨体的韧性。表层的活性氧化铝会烧结成致密耐磨的微晶刚玉耐磨陶瓷层。未完全反应的铁磷，在刚玉陶瓷层的包裹下，起到金属塑性相结合的作用，进一步提高陶瓷球的韧性与密度。一种高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，该方法制备过程简单，低温烧结，降低烧成成本，适合规模化生产。经该方法制备的刚玉晶相可以控制在3μm以下。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种高密度微晶陶瓷研磨体及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，以超低钠ɑ-Al2O3作为第一原料，以铁磷作为第二原料，分别进行球磨，制得具有层状结构的陶瓷研磨体。
超低钠ɑ-Al2O3是具有均一晶粒尺寸的高纯、精细ɑ-Al2O3。主要应用于金属、玻璃和各类陶瓷产品的抛光、非氧化物陶瓷的烧成助剂、陶瓷的制备。用氧化铝制备的微晶陶瓷球，具有高强度、高硬度、高耐磨性、耐高温等优异特性。用于不同类型的陶瓷、瓷釉、玻璃、化工的厚硬材质精加工和深加工，是球磨机、罐形磨机、振动磨机等细粉碎设备的研磨介质，其粉碎研磨效率和耐磨损性能大大优于普通球石或天然鹅卵石。
铁磷指的是铁磷铝钙石，钢铁在加工过程中产生的废弃的铁屑，为铁与铁的氧化物混合物，可以与活性氧化铝反应生成铁铝尖晶石。铁磷能提高陶瓷球的韧性，促进制品的低温烧结，节约成本。
具体的，包括：
取一定量的第一原料加入球磨机中，经滚动造球，制得第一研磨体；在本实施例中，超低钠ɑ-Al2O3的粒径不大于1.2μm。超低钠ɑ-Al2O3的粒径越小，在烧成过程中，反应更加充分，结构更加致密。优选地，超低钠ɑ-Al2O3的粒径不大于0.8μm。
为了得到密度高、韧性好的微晶陶瓷研磨体，在制得第一研磨体后，对第一研磨体进行干燥。干燥温度为110～600℃，干燥时间为1～10小时。
将第二原料加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；优选地，在本发明实施例中，第二原料为粒度小于1500目的铁磷。铁磷的粒度小，在烧成过程中，可以与氧化铝充分反应，得到性能良好的微晶陶瓷研磨体。
进一步地，在本发明较优的实施例中，在制得第二研磨体后，对第二研磨体进行干燥。干燥温度为110～600℃，干燥时间为1～10小时。
将第一原料加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体。对第三研磨体进行干燥，其中，干燥温度为110～600℃，干燥时间为1～10小时。
进一步地，在本发明较优的实施例中，根据实际需要，重复上述工艺，增加、调整研磨体的层数及体积，进而调节微晶陶瓷研磨体的密度大小，得到不同性能的微晶陶瓷研磨体，满足不同的需求。
在球磨、干燥后，对得到的研磨体进行烧成，得到微晶陶瓷研磨体。优选地，烧成温度为1300～1650℃，烧成时间为2～10小时。
研磨体由亚微米级的氧化铝及超细铁磷组成，在烧成过程中，铁磷与活性氧化铝反应生成铁铝尖晶石环。由于膨胀系数的不同，会形成大量的微小裂纹，而表层的活性氧化铝会烧结成致密耐磨的刚玉耐磨陶瓷层。未完全反应的铁磷，在刚玉陶瓷层的包裹下，起到金属塑性相结合的作用，进一步提高陶瓷球的韧性。促进低温烧结，降低烧成成本。
进一步地，在本发明较优的实施例中，超低钠氧化铝与铁磷的质量比为10:3～6。在该配比下，超低钠氧化铝与铁磷的反应更加充分，形成的结构密度大，烧成的研磨体韧性强。
进一步地，在本发明较优的实施例中，第一原料、第二原料中的至少一种还包括结合剂，增强原料间的结合程度，增加研磨体的致密度，提高研磨体的密度。优选地，结合剂为聚乙烯醇。
制得的金属塑性相符合的超低钠氧化铝研磨体，由于原料纯度高，玻璃相少，极大地提高了研磨体的韧性，使得其在使用过程中不易破碎，提高使用寿命。
本发明实施例还提供了一种高密度微晶陶瓷研磨体，由上述制备方法制备而成。该高密度微晶陶瓷研磨体韧性高，密度为3.6～4.1g/cm3，可根据实际需要进行调整。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种高密度微晶陶瓷研磨体，主要通过以下方法制作而成：
取一定量的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经滚动造球，制得第一研磨体；在110℃的条件下干燥1小时。超低钠ɑ-Al2O3的粒径为0.8～1.2μm。
将铁磷加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；在110℃的条件下干燥10小时。其中，铁磷的粒度为1500目。
将粒径不大于0.8μm的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体；在600℃的条件下干燥10小时后，在1300℃的条件下烧成2小时，得高密度微晶陶瓷研磨体。
其中，超低钠ɑ-Al2O3与铁磷的总质量比为10:3。在制备的过程中，加入适量的聚乙烯醇，增强原料间的结合度。
实施例2
本实施例提供了一种高密度微晶陶瓷研磨体，主要通过以下方法制作而成：
取一定量的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经滚动造球，制得第一研磨体；在600℃的条件下干燥10小时。超低钠ɑ-Al2O3的粒径小于1.2μm。
将铁磷加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；在300℃的条件下干燥2小时。其中，铁磷的粒度为1000～1500目。
将粒径不大于0.8μm的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体。在250℃的条件下干燥5小时后，在1650℃的条件下烧成10小时，得高密度微晶陶瓷研磨体。
其中，超低钠ɑ-Al2O3与铁磷的总质量比为5:3。在制备的过程中，加入适量的聚乙烯醇，增强原料间的结合度。
实施例3
本实施例提供了一种高密度微晶陶瓷研磨体，主要通过以下方法制作而成：
取一定量的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经滚动造球，制得第一研磨体；在300℃的条件下干燥5小时。超低钠ɑ-Al2O3的粒径为0.1～1.2μm。
将铁磷加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；在400℃的条件下干燥4小时。其中，铁磷的粒度为1500～1600目。
将粒径不大于0.8μm的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体；再依次加入铁磷进行球磨，加入超低钠ɑ-Al2O3进行球磨。在300℃的条件下干燥5小时后，在1450℃的条件下烧成6小时，得高密度微晶陶瓷研磨体。
其中，超低钠ɑ-Al2O3与铁磷的总质量比为5:2。在制备的过程中，加入适量的聚乙烯醇，增强原料间的结合度。
实施例4
本实施例提供了一种高密度微晶陶瓷研磨体，主要通过以下方法制作而成：
取一定量的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经滚动造球，制得第一研磨体；在350℃的条件下干燥8小时。超低钠ɑ-Al2O3的粒径不大于1.0μm。
将铁磷加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；在40℃的条件下干燥4小时。其中，铁磷的粒度为1800目。
将粒径不大于0.8μm的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体；再依次加入铁磷进行球磨，加入超低钠ɑ-Al2O3进行球磨。在360℃的条件下干燥2小时后，在1500℃的条件下烧成5小时，得高密度微晶陶瓷研磨体。
其中，超低钠ɑ-Al2O3与铁磷的总质量比为2:1。在制备的过程中，加入适量的聚乙烯醇，增强原料间的结合度。
实施例5
本实施例提供了一种高密度微晶陶瓷研磨体，主要通过以下方法制作而成：
取一定量的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经滚动造球，制得第一研磨体；在350℃的条件下干燥5小时。超低钠ɑ-Al2O3的粒径不大于0.8μm。
将铁磷加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第一研磨体的外表面，得第二研磨体；在350℃的条件下干燥5小时。其中，铁磷的粒度为1600目。
将粒径不大于0.8μm的超低钠ɑ-Al2O3加入球磨机中，经球磨后通过滚球法覆盖于第二研磨体的外表面，得第三研磨体；再依次加入铁磷进行球磨、加入超低钠ɑ-Al2O3进行球磨、加入铁磷进行球磨、加入超低钠ɑ-Al2O3进行球磨。在350℃的条件下干燥5小时后，在1470℃的条件下烧成6小时，得高密度微晶陶瓷研磨体。
其中，超低钠ɑ-Al2O3与铁磷的总质量比为5:3。在制备的过程中，加入适量的聚乙烯醇，增强原料间的结合度。
试验例
实施例1～5所用的原料的总质量相同。选取实施例1～5制备的高密度微晶陶瓷研磨体，对制得的高密度微晶陶瓷研磨体进行检测，结果如下：
表1检测结果
由表1可知，实施例1～5提供的高密度微晶陶瓷研磨体的密度均达到3.5g/cm3以上，抗压强度均达到300MPa以上。其中，实施例5的高密度微晶陶瓷研磨体的密度为4.1g/cm3。说明实施例5提供的原料配比与制备方法较为科学合理。
综上所述，本发明提供的一种高密度微晶陶瓷研磨体，超低钠ɑ-Al2O3作为第一原料，以铁磷作为第二原料，分别进行球磨，制得具有层状结构的陶瓷研磨体。原料纯度高，玻璃相少，极大地提高了研磨体的韧性，使得其在使用过程中不易破碎，提高使用寿命。在烧成过程中，表层的活性氧化铝会烧结成致密耐磨的刚玉耐磨陶瓷层。未完全反应的铁磷，在刚玉陶瓷层的包裹下，起到金属塑性相结合的作用，进一步提高陶瓷球的韧性。表层金属铝经氧化变成氧化铝烧结后，能封闭研磨体表面的气孔，阻止内部的金属铝氧化，得到的研磨体制品内部富含金属铝，形成金属陶瓷体。一种高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，该方法制备过程简单，低温烧结，降低烧成成本，适合规模化生产。经该方法制备的刚玉晶相可以控制在3μm以下。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，包括：将第一原料进行球磨后造球得第一研磨体；将第二原料经球磨后覆盖于所述第一研磨体的外表面，得第二研磨体；将第一原料经球磨后覆盖于所述第二研磨体的外表面，得第三研磨体；所述第一原料包括超低钠ɑ-Al2O3，所述第二原料包括铁磷。
2.根据权利要求1所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，还包括：制得所述第一研磨体后，和/或，制得所述第二研磨体后，和/或，制得所述第三研磨体后，进行干燥，干燥温度为110～600℃，干燥时间为1～10小时。
3.根据权利要求2所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，制得所述第三研磨体后，进行干燥，在1300～1650℃的条件下烧成2～10小时。
4.根据权利要求1所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，所述超低钠ɑ-Al2O3的粒径不大于1.2μm。
5.根据权利要求4所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，所述超低钠ɑ-Al2O3的粒径不大于0.8μm。
6.根据权利要求5所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，所述铁磷的粒度小于1500目。
7.根据权利要求1所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，所述第三研磨体中所述超低钠ɑ-Al2O3与所述铁磷的质量比为10:3～6。
8.根据权利要求1所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法，其特征在于，所述第一原料和/或所述第二原料还包括结合剂。
9.一种高密度微晶陶瓷研磨体，其特征在于，由如权利要求1至8任一项所述的高密度微晶陶瓷研磨体的制备方法制作而成。
10.根据权利要求9所述的高密度微晶陶瓷研磨体，其特征在于，所述高密度微晶陶瓷研磨体的密度为3.6～4.1g/cm3。
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