CN109592985A - 一种内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球及其制造方法，该陶瓷研磨球的组份由三种功能组份组成，其中第一种功能组份A是以纳米氧化铝粉末、碳化硅粉末、二硫化钼粉末、三氧化二镧粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末为原材料低温烧结成的陶瓷基体；第二种功能组份B为不锈钢丝卷绕后再盘绕成的增韧金属球；第三种功能组份C是PVC塑质材料；三种成份的组成关系为：组份C呈网格状牢固地与组份A完全互混结合，同时纠缠在组份B的无数钢丝节点上；组份B位于组份A基体的中心，且与渗入组份B镂空网管球状结构的基体牢固固定。本发明的陶瓷研磨球韧性好、抗冲击、抗撞击震动、耐磨损、耐水、结合力好、使用寿命长。

Description

一种内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球及其制造方法

技术领域

本发明涉及陶瓷材料应用领域，尤其涉及一种内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球及其制造方法。

背景技术

水泥球磨机研磨球是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机研磨球之间、研磨球与物料之间，研磨球与衬板之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。研磨球工作对象多为水泥、煤炭、矿石、煤渣等，尤其是水泥行业，其细度极大地决定着产品的使用性能。因此，研磨球在使用时的硬度和耐磨性是影响球磨整形效果的主要因素之一，在研磨过程中研磨球与磨料、研磨球与磨段之间发生的摩擦不可避免，因此，还要求研磨球有极高的硬度。

现有技术中，随着水泥价格的上涨，本领域的行业价值快速上升，而随着技术发展，传统的钢质磨球已逐渐被陶瓷磨球代替，但目前采用陶瓷球磨技术的设备都不可避免地存在两个问题：1，由于陶瓷球自重低，在同等搅拌速率下挤压力不足，因而导致的球磨效率低下，即单台球磨机产出效率低下；2，由于现有技术中的陶瓷磨球多采用粗糙烧结技术，结构既不致密、又不均衡，同时脆性还大，易碎裂，因而在球磨过程中损耗相较于原钢质磨球更快。

在国内已申请的相关专利中，专利《一种球磨机用高硬度耐磨研磨体的制备工艺》(申请号：201410374668.2，公开日：2014-10-15)，公布了一种高硬度高韧性耐磨体的制备方法，向常规钢质磨球内添加钼铁等功能辅材提升磨球的各项性能，但钢质磨球本身不耐蚀，由于多种合金无素添加，磨球的耐蚀性还会下降；另外，仍然是马氏体型钢种，不耐高温。专利《一种耐腐蚀高硬度高韧性球磨机用研磨体》(申请号：201410376993.2，公开日：2014-10-08)，公开了一种同样采用了陶瓷作为原材料的研磨体，但其成分复杂，该专利未公开制备方法，实现困难；同时该专利含有稀土硅铁合金、立方氮化硼等昂贵成分，经济性差；另外较多碳化硅的加入虽然一定程度是提高了研磨体的韧性，但导致了研磨球硬度的下降及结构的松散。

综上所述，市面上需要一种韧性好、抗冲击、抗撞击震动、耐磨损、耐水、结合力好、使用寿命长的陶瓷研磨球及其制造方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种韧性好、抗冲击、抗撞击震动、耐磨损、耐水、结合力好、使用寿命长的内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球的制造方法，包括以下步骤：

1)生产前准备

①原材料准备：按重量份准备纳米氧化铝粉末65份-70份、碳化硅粉末6份-8份、二硫化钼粉末2份-2.5份、三氧化二镧粉末3份-5份、二氧化锆粉末5份-8份、氧化钙粉末8份-10份、二氧化硅粉末3份-5份、直径0.1mm-0.2mm的奥氏体不锈钢丝15份-20份、含质量分数5％-6％PVC溶质的PVC水溶液68份-75份；

②辅材准备：准备足量去离子水；

2)内韧骨架的制备

①以阶段1)步骤①准备的奥氏体不锈钢丝为原料，以0.8mm-1.0mm为内径，以0.2mm-0.3mm为螺距卷绕成钢丝螺旋卷绳；

②将步骤①获得的钢丝螺旋卷绳按毛线球盘卷方式盘卷成球状，获得钢丝卷绕球；

③将步骤②获得的钢丝卷绕球采用球形加压模具，分三次分别采用12MPa、18MPa、24MPa的物理压强进行等静压循环冲压，获得冲压钢丝卷绕球；

④将步骤③获得的冲压钢丝卷绕球置于烘箱中，采用200℃-220℃处理5h-6h，获得稳定化钢丝卷绕球，该稳定化钢丝卷绕球即为所需内韧骨架；

3)氧化铝基陶瓷球的烧结

①将阶段1)步骤①准备的氧化铝粉末、碳化硅粉末、二硫化钼粉末、三氧化二镧粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末混合并搅拌均匀，获得混合物料；

②将步骤①获得的混合物料与阶段1)步骤①准备的PVC水溶液混合并搅拌均匀，获得陶瓷原浆料；

③准备好球形陶瓷烧结模具，将阶段2)获得的内韧骨架置于球形陶瓷烧结模具中间，然后将步骤②获得的陶瓷原浆料填入模具中，压紧，压紧力按目标陶瓷球最终体积Vcm³计为3VN/cm³-5VN/cm³；

④将步骤③获得的填充了混合物料的模具放置于炉内压强为12MPa-15Mpa的氩气保护气氛里，1000℃-1050℃温度下进行烧结，烧结时间2h-3h；

⑤烧结完成后，炉温至280℃-300℃时再出炉空冷至室温，然后脱出模具，获得陶瓷研磨球粗坯；

⑥采用金刚石磨料振动去毛刺设备对陶瓷研磨球粗坯进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需陶瓷研磨球。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明最核心的技术构思就是如何将具有抗震、润滑、缓冲功能的组份与硬质且化学性质极稳定的陶瓷基体有机地结合进来，本发明利用了陶瓷原料以一定比例混合后相互促熔的特性，选配了一种高硬度的、可低温烧结的陶瓷基体配方，低温的烧结温度是本发明实现的基础；然后利用原料都是极细粉末的优势将其与PVC溶液混搅成混浊液，获得了渗透性与浸润性，同时在烧结时通过液化的PVC增加了表面能和内结合力，同时赶走了粉末间固有的空气(陶瓷球内气孔的来源)，使本发明更加致密；利用流质原料的特性，选用了镂空但具有极强弹性和缓冲功能的不锈钢冷压镂空球作为内骨架和韧性支撑，同时保证流质的原料充分与骨架相结合，最终获得以PVC减摩、钢丝球网增韧抗冲击的陶瓷球，这在现有技术中是完全不存在的。(2)本发明由三种功能组份组成，其中第一种功能组份A是以纳米氧化铝粉末、碳化硅粉末、二硫化钼粉末、三氧化二镧粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末为原材料低温烧结成的陶瓷基体；第二种功能组份B为不锈钢丝卷绕后再盘绕成的增韧金属球；第三种功能组份C是PVC塑质材料；三种成份的组成关系为：组份C呈网格状牢固地与组份A完全互混结合，同时纠缠在组份B的钢丝节点上；组份B位于组份A基体的中心，且与渗入组份B镂空网管球状结构的基体牢固固定。(3)本发明获得的成品密度3.6g/cm³-3.9g/cm³，仅为钢质材料的一半，因而能够有效节电、节能、减少碳排放；陶瓷硬度高，耐磨性好，使用周期长。因此使本发明最终具有韧性好、抗冲击、抗撞击震动、耐磨损、耐水、结合力好、使用寿命长的特性。

具体实施方式

实施例1：

一种内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球，该陶瓷研磨球的组份由三种功能组份组成，其中第一种功能组份A是以纳米氧化铝粉末、碳化硅粉末、二硫化钼粉末、三氧化二镧粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末为原材料低温烧结成的陶瓷基体；第二种功能组份B为不锈钢丝卷绕后再盘绕成的增韧金属球；第三种功能组份C是PVC塑质材料；三种成份的组成关系为：组份C呈网格状牢固地与组份A完全互混结合，同时纠缠在组份B的钢丝节点上；组份B位于组份A基体的中心，且与渗入组份B镂空网管球状结构的基体牢固固定；

上述陶瓷研磨球的制造方法，包括以下步骤：

1)生产前准备

①原材料准备：按重量份准备纳米氧化铝粉末65g、碳化硅粉末8g、二硫化钼粉末2.5g、三氧化二镧粉末5g、二氧化锆粉末8g、氧化钙粉末10g、二氧化硅粉末5g、直径0.1mm的奥氏体不锈钢丝20g、含质量分数6％PVC溶质的PVC水溶液75g；

②辅材准备：准备足量去离子水；

2)内韧骨架的制备

①以阶段1)步骤①准备的奥氏体不锈钢丝为原料，以0.8mm为内径，以0.2mm为螺距卷绕成钢丝螺旋卷绳；

②将步骤①获得的钢丝螺旋卷绳按毛线球盘卷方式盘卷成球状，获得钢丝卷绕球；

③将步骤②获得的钢丝卷绕球采用球形加压模具，分三次分别采用12MPa、18MPa、24MPa的物理压强进行等静压循环冲压，获得冲压钢丝卷绕球；

④将步骤③获得的冲压钢丝卷绕球置于烘箱中，采用220℃处理6h，获得稳定化钢丝卷绕球，该稳定化钢丝卷绕球即为所需内韧骨架；

3)氧化铝基陶瓷球的烧结

①将阶段1)步骤①准备的氧化铝粉末、碳化硅粉末、二硫化钼粉末、三氧化二镧粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末混合并搅拌均匀，获得混合物料；

②将步骤①获得的混合物料与阶段1)步骤①准备的PVC水溶液混合并搅拌均匀，获得陶瓷原浆料；

③准备好球形陶瓷烧结模具，将阶段2)获得的内韧骨架置于球形陶瓷烧结模具中间，然后将步骤②获得的陶瓷原浆料填入模具中，压紧，压紧力按目标陶瓷球最终体积Vcm³计为5VN/cm³；

④将步骤③获得的填充了混合物料的模具放置于炉内压强为15Mpa的氩气保护气氛里，1050℃温度下进行烧结，烧结时间3h；

⑤烧结完成后，炉温至280℃时再出炉空冷至室温，然后脱出模具，获得陶瓷研磨球粗坯；

⑥采用金刚石磨料振动去毛刺设备对陶瓷研磨球粗坯进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需陶瓷研磨球。

实施例2：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

上述陶瓷研磨球的制造方法，包括以下步骤：

1)生产前准备

①原材料准备：按重量份准备纳米氧化铝粉末70g、碳化硅粉末6g、二硫化钼粉末2g、三氧化二镧粉末3g、二氧化锆粉末5g、氧化钙粉末8g、二氧化硅粉末3g、直径0.2mm的奥氏体不锈钢丝15g、含质量分数5％PVC溶质的PVC水溶液68g；

2)内韧骨架的制备

①以阶段1)步骤①准备的奥氏体不锈钢丝为原料，以1.0mm为内径，以0.3mm为螺距卷绕成钢丝螺旋卷绳；

④将步骤③获得的冲压钢丝卷绕球置于烘箱中，采用200℃处理5h，获得稳定化钢丝卷绕球，该稳定化钢丝卷绕球即为所需内韧骨架；

3)氧化铝基陶瓷球的烧结

③准备好球形陶瓷烧结模具，将阶段2)获得的内韧骨架置于球形陶瓷烧结模具中间，然后将步骤②获得的陶瓷原浆料填入模具中，压紧，压紧力按目标陶瓷球最终体积Vcm³计为3VN/cm³；

④将步骤③获得的填充了混合物料的模具放置于炉内压强为12MPa的氩气保护气氛里，1000℃温度下进行烧结，烧结时间2h；

⑤烧结完成后，炉温至300℃时再出炉空冷至室温，然后脱出模具，获得陶瓷研磨球粗坯；

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种内韧抗震耐磨损陶瓷研磨球的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)生产前准备

①原材料准备：按重量份准备纳米氧化铝粉末65份-70份、碳化硅粉末6份-8份、二硫化钼粉末2份-2.5份、三氧化二镧粉末3份-5份、二氧化锆粉末5份-8份、氧化钙粉末8份-10份、二氧化硅粉末3份-5份、直径0.1mm-0.2mm的奥氏体不锈钢丝15份-20份、含质量分数5％-6％PVC溶质的PVC水溶液68份-75份；

②辅材准备：准备足量去离子水；

2)内韧骨架的制备

①以阶段1)步骤①准备的奥氏体不锈钢丝为原料，以0.8mm-1.0mm为内径，以0.2mm-0.3mm为螺距卷绕成钢丝螺旋卷绳；

②将步骤①获得的钢丝螺旋卷绳按毛线球盘卷方式盘卷成球状，获得钢丝卷绕球；

③将步骤②获得的钢丝卷绕球采用球形加压模具，分三次分别采用12MPa、18MPa、24MPa的物理压强进行等静压循环冲压，获得冲压钢丝卷绕球；

④将步骤③获得的冲压钢丝卷绕球置于烘箱中，采用200℃-220℃处理5h-6h，获得稳定化钢丝卷绕球，该稳定化钢丝卷绕球即为所需内韧骨架；

3)氧化铝基陶瓷球的烧结

①将阶段1)步骤①准备的氧化铝粉末、碳化硅粉末、二硫化钼粉末、三氧化二镧粉末、二氧化锆粉末、氧化钙粉末、二氧化硅粉末混合并搅拌均匀，获得混合物料；

②将步骤①获得的混合物料与阶段1)步骤①准备的PVC水溶液混合并搅拌均匀，获得陶瓷原浆料；

③准备好球形陶瓷烧结模具，将阶段2)获得的内韧骨架置于球形陶瓷烧结模具中间，然后将步骤②获得的陶瓷原浆料填入模具中，压紧，压紧力按目标陶瓷球最终体积Vcm³计为3VN/cm³-5VN/cm³；

④将步骤③获得的填充了混合物料的模具放置于炉内压强为12MPa-15Mpa的氩气保护气氛里，1000℃-1050℃温度下进行烧结，烧结时间2h-3h；

⑤烧结完成后，炉温至280℃-300℃时再出炉空冷至室温，然后脱出模具，获得陶瓷研磨球粗坯；

⑥采用金刚石磨料振动去毛刺设备对陶瓷研磨球粗坯进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需陶瓷研磨球。