CN111533539A - 一种陶瓷刚玉磨料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷刚玉磨料及其制备方法,包括以下步骤：(a)称料；(b)将含钛铝矾土矿、纳米级氧化铝粉、工业氧化铝粉、稀土改性剂混合并搅拌均匀得到混合物料；(c)配制PVA水溶液；(d1)初磨；(d2)细磨；(d3)向细磨得到的浆料中加入PVA水溶液进行混磨，并进行除铁；(e)将除铁后得到的浆料进行陈腐；(f)向陈腐后的浆料中加入PVA水溶液，进行喷雾造粒，得造粒粉；(g)将造粒粉通过旋压高压成形得到生坯；(h)将生坯放入高温匣钵，撒上隔离砂，送入高温隧道窑内进行高温烧结；(i)将高温烧结后产品上粘附的隔离砂清除；(j)将清粉后的产品经破碎后筛分，得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料。本发明陶瓷刚玉磨料球磨韧性和亲水性好，具有高锋利性、高自锐性、低磨削热。

Description

一种陶瓷刚玉磨料及其制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，涉及一种陶瓷刚玉磨料及其制备方法。
背景技术
陶瓷刚玉磨料，又称SG磨料，是八十年代中期，诺顿公司开发出的一种磨料。磨料的韧性特别好，是普通刚玉的2倍以上，其硬度和普通刚玉相近。陶瓷刚玉磨料颗粒是由大量亚微米级的A12O3晶体烧结而成，在磨削时能不断破裂并暴露出新的切削，因此其自锐性特别好。陶瓷刚玉磨料的磨削性能明显优于普通刚玉，主要表现为耐磨、自锐性好、磨除率高、磨削比大等优点。陶瓷刚玉磨料制造工艺都是首先将一水氧化铝(A12O3·H2O)微粉和水混合制成悬浮体，在其中加入胶溶剂，如硝酸或盐酸溶液，使其成为稳定的水溶胶或胶状悬浮体；然后向其中加入改良剂，一般是金属氧化物或其前身物，如Mg(NO3)2等，使溶胶体凝胶化；将形成的凝腔体干燥固化，再破碎或切割成所需形状和尺寸的颗粒，经煅烧后成为磨料。
目前国内应用的SG磨料一般以进口为主，国产烧结法SG磨料尚属空白。目前磨料生产方法主要有传统的熔融法生产工艺以及溶胶-凝胶法生产技术；目前大量使用的电熔刚玉磨料是由哈斯拉切最先发明的德国专利，不管采用熔块法还是流放法，都需用碳棒做电极在2100到2600度的高温下将氧化铝熔融，经熔炼、冷却、磨碎制成磨料，此方法生产的磨料存在晶体颗粒粗大，易产生微裂纹，磨削性能差，环境污染大等缺陷；而溶胶-凝胶法生产的刚玉磨料工艺技术复杂，成本高，目前主要以进口为主。目前世界上只有圣戈班(Saint-Gobain)、3M(仅供固结磨具)、太巴克(特殊技术)、还有VSM、Hermes等有陶瓷刚玉磨料生产供应，价格很高，一般在20万/吨。目前，我国的刚玉磨料制造绝大多数采用的是传统的电熔工艺，烧结法制造的刚玉磨料很少。因此研发出一种高温烧结法制备陶瓷刚玉磨料的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷刚玉磨料及其制备方法，解决目前技术存在的缺陷和不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种陶瓷刚玉磨料，其由下述重量份原料制得：含钛铝矾土矿70-80份、纳米级氧化铝粉50-60份、工业氧化铝粉30-40份、稀土改性剂3-5份、PVA 3-5份。
本发明还提供了一种陶瓷刚玉磨料的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
(a)称料：如权利要求1所述陶瓷刚玉磨料的重量份称取各原料；
(b)将含钛铝矾土矿、纳米级氧化铝粉、工业氧化铝粉、稀土改性剂混合并搅拌均匀，得到混合物料，备用；
(c)配制PVA水溶液，备用，所述PVA水溶液中PVA与水的质量比为(5-10):100；
(d)球磨：
(d1)初磨：将研磨体、步骤(b)所述混合物料和水混合、研磨至细度D90≤6微米停磨，过60-80目筛出磨；
(d2)细磨：将研磨体、步骤(d1)初磨得到的浆料和水混合、研磨至细度D50≤1.5微米、D90≤3.0微米后停磨；
(d3)混磨：向步骤(d2)细磨得到的浆料中加入步骤(c)所述PVA水溶液进行混磨，所述PVA水溶液加入量为浆料质量的9-12％，混磨0.5-1h，过150-180目筛出磨，然后进行除铁；
(e)料仓陈腐：将步骤(d3)除铁后得到的浆料进行陈腐；
(f)喷雾造粒：向步骤(e)陈腐后得到的浆料中加入步骤(c)所述PVA水溶液，进行喷雾造粒，过40-60目筛得造粒粉；
(g)旋压高压成形：将步骤(f)得到的造粒粉通过旋压高压成形得到生坯；
(h)高温烧结：将步骤(g)得到的生坯放入高温匣钵，撒上隔离砂，送入高温隧道窑内进行高温烧结，所述高温烧结温度为1500-1700℃，高温烧结时间为12-18小时,烧成周期为24-36h；
(i)清粉：将步骤(h)高温烧结后产品上粘附的隔离砂清除；
(j)破碎：将步骤(i)清粉后的产品经破碎后筛分，得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料。
进一步，上述步骤(d1)研磨体、混合物料和水的质量比为(2-3):1:(0.7-0.8)。
进一步，上述步骤(d2)研磨体、浆料和水的质量比为(2-3):1:(0.7-0.8)。
进一步，上述步骤(e)陈腐时间为48-72h。
进一步，上述步骤(f)喷雾压力为0.8-2.8Mpa，喷雾造粒温度为700-800℃。
进一步，上述步骤(f)造粒粉水份含量为0.5％以下。
本发明的有益效果是：本发明湿法球磨工序分为初磨及细磨两道工序，将浆料研磨细度至7000目，浆料在地下料浆池经陈腐后进入喷雾干燥塔，在喷雾压力0.8-2.8MPa、喷雾造粒温度700℃下得到粒度分布合理、球形度好的干燥料粉，经过旋压法压制成特殊形状的生胚，再经自动化连续式隧道窑高温煅烧工艺抑制产品原晶粒度增大，本发明得到的陶瓷刚玉磨料，磨料晶体尺寸小于2微米，与传统刚玉磨料比较球磨韧性和亲水性好，具有高锋利性、高自锐性、低磨削热。本发明得到的陶瓷刚玉磨料，磨料球磨韧性60％，亲水性80mm，抗压强度59N,制成切割片切割304不锈钢，磨削比3.27％，切割效率0.612g/s。
具体实施方式
以下的实施例在于详细说明本发明，只是本发明的较佳实施例，并非限制本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
(a)称料：称取含钛铝矾土矿70千克、纳米级氧化铝粉50千克、工业氧化铝粉30千克、稀土改性剂3千克；
(b)将上述含钛铝矾土矿、纳米级氧化铝粉、工业氧化铝粉、稀土改性剂混合并搅拌均匀，得到混合物料，备用；
(c)将3千克PVA加入60千克水中配制成PVA水溶液，备用；
(d)球磨：
(d1)初磨：将306千克研磨体、153千克步骤(b)所述混合物料和107.1千克水混合得到的浆料研磨至细度D90≤6微米停磨，过60目筛出磨；
(d2)细磨：将研磨体、步骤(d1)初磨得到的浆料和水混合得到的浆料研磨至细度D50≤1.5微米、D90≤3.0微米后停磨，研磨体、浆料和水的质量比为(2-3):1:(0.7-0.8)；
(d3)混磨：向步骤(d2)细磨得到的浆料中加入浆料质量9％的PVA水溶液混磨0.5h，过150目筛出磨，然后进行除铁；
(e)料仓陈腐：将步骤(d3)除铁后得到的浆料陈腐48h；
(f)喷雾造粒：向步骤(e)陈腐后的浆料中加入剩余部分的PVA水溶液，在喷雾压力为0.8Mpa，喷雾造粒温度700℃下进行喷雾造粒，过40目筛得造粒粉，所得造粒粉水份含量为0.5％；
(g)旋压高压成形：将步骤(f)得到的造粒粉通过旋压高压成形得到生坯；
(h)高温烧结：将步骤(g)得到的生坯放入高温匣钵，撒上隔离砂，送入高温隧道窑内进行高温烧结，在1500℃下高温烧结时间为12h,烧成周期为24h；
(i)清粉：将步骤(h)高温烧结后产品上粘附的隔离砂清除；
(j)破碎：将步骤(i)清粉后的产品经破碎后过筛分，得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料。
实施例2
(a)称料：称取含钛铝矾土矿75千克、纳米级氧化铝粉55千克、工业氧化铝粉35千克、稀土改性剂4千克；
(b)将上述含钛铝矾土矿、纳米级氧化铝粉、工业氧化铝粉、稀土改性剂混合并搅拌均匀，得到混合物料，备用；
(c)将4千克PVA加入50千克水中配制成PVA水溶液，备用；
(d)球磨：
(d1)初磨：将422.5千克研磨体、169千克步骤(b)所述混合物料和118.3千克水混合得到的浆料研磨至细度D90≤6微米停磨，过70目筛出磨；
(d2)细磨：将研磨体、步骤(d1)初磨得到的浆料和水混合得到的浆料研磨至细度D50≤1.5微米、D90≤3.0微米后停磨，研磨体、浆料和水的质量比为(2-3):1:(0.7-0.8)；
(d3)混磨：向步骤(d2)细磨得到的浆料中加入浆料质量10％的PVA水溶液混磨0.7h，过170目筛出磨，然后进行除铁；
(e)料仓陈腐：将步骤(d3)除铁后得到的浆料陈腐60h；
(f)喷雾造粒：向步骤(e)陈腐后的浆料中加入剩余部分的PVA水溶液，在喷雾压力为1.8Mpa，喷雾造粒温度750℃下进行喷雾造粒，过50目筛得造粒粉，所得造粒粉水份含量为0.4％；
(g)旋压高压成形：将步骤(f)得到的造粒粉通过旋压高压成形得到生坯；
(h)高温烧结：将步骤(g)得到的生坯放入高温匣钵，撒上隔离砂，送入高温隧道窑内进行高温烧结，在1600℃下高温烧结时间为14h,烧成周期为30h；
(i)清粉：将步骤(h)高温烧结后产品上粘附的隔离砂清除；
(j)破碎：将步骤(i)清粉后的产品经破碎后过筛分，得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料。
实施例3
(a)称料：称取含钛铝矾土矿80千克、纳米级氧化铝粉60千克、工业氧化铝粉40千克、稀土改性剂5千克；
(b)将上述含钛铝矾土矿、纳米级氧化铝粉、工业氧化铝粉、稀土改性剂混合并搅拌均匀，得到混合物料，备用；
(c)将5千克PVA加入50千克水中配制成PVA水溶液，备用；
(d)球磨：
(d1)初磨：将555千克研磨体、185千克步骤(b)所述混合物料和148千克水混合得到的浆料研磨至细度D90≤6微米停磨，过80目筛出磨；
(d2)细磨：将研磨体、步骤(d1)初磨得到的浆料和水混合得到的浆料研磨至细度D50≤1.5微米、D90≤3.0微米后停磨，研磨体、浆料和水的质量比为(2-3):1:(0.7-0.8)；
(d3)混磨：向步骤(d2)细磨得到的浆料中加入浆料质量12％的PVA水溶液混磨1h，过180目筛出磨，然后进行除铁；
(e)料仓陈腐：将步骤(d3)除铁后得到的浆料陈腐72h；
(f)喷雾造粒：向步骤(e)陈腐后的浆料中加入剩余部分的PVA水溶液，在喷雾压力为2.8Mpa，喷雾造粒温度800℃下进行喷雾造粒，过60目筛得造粒粉，所得造粒粉水份含量为0.1％；
(g)旋压高压成形：将步骤(f)得到的造粒粉通过旋压高压成形得到生坯；
(h)高温烧结：将步骤(g)得到的生坯放入高温匣钵，撒上隔离砂，送入高温隧道窑内进行高温烧结，在1700℃下高温烧结时间为18小时，烧成周期为36h；
(i)清粉：将步骤(h)高温烧结后产品上粘附的隔离砂清除；
(j)破碎：将步骤(i)清粉后的产品经破碎后过筛分，得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料。

Claims (7)

1.一种陶瓷刚玉磨料，其特征在于，其由下述重量份原料制得：含钛铝矾土矿70-80份、纳米级氧化铝粉50-60份、工业氧化铝粉30-40份、稀土改性剂3-5份、PVA 3-5份。
2.一种陶瓷刚玉磨料的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
(a)称料：如权利要求1所述陶瓷刚玉磨料的重量份称取各原料；
(b)将含钛铝矾土矿、纳米级氧化铝粉、工业氧化铝粉、稀土改性剂混合并搅拌均匀，得到混合物料，备用；
(c)配制PVA水溶液，备用，所述PVA水溶液中PVA与水的质量比为(5-10):100；
(d)球磨：
(d1)初磨：将研磨体、步骤(b)所述混合物料和水混合、研磨至细度D90≤6微米停磨，过60-80目筛出磨；
(d2)细磨：将研磨体、步骤(d1)初磨得到的浆料和水混合、研磨至细度D50≤1.5微米、D90≤3.0微米后停磨；
(d3)混磨：向步骤(d2)细磨得到的浆料中加入步骤(c)所述PVA水溶液进行混磨，所述PVA水溶液加入量为浆料质量的9-12％，混磨0.5-1h，过150-180目筛出磨，然后进行除铁；
(e)料仓陈腐：将步骤(d3)除铁后得到的浆料进行陈腐；
(f)喷雾造粒：向步骤(e)陈腐后得到的浆料中加入剩余部分的PVA水溶液，进行喷雾造粒，过40-60目筛得造粒粉；
(g)旋压高压成形：将步骤(f)得到的造粒粉通过旋压高压成形得到生坯；
(h)高温烧结：将步骤(g)得到的生坯放入高温匣钵，撒上隔离砂，送入高温隧道窑内进行高温烧结，所述高温烧结温度为1500-1700℃，高温烧结时间为12-18小时,烧成周期为24-36h；
(i)清粉：将步骤(h)高温烧结后产品上粘附的隔离砂清除；
(j)破碎：将步骤(i)清粉后的产品经破碎后筛分，得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于，步骤(d1)所述研磨体、混合物料和水的质量比为(2-3):1:(0.7-0.8)。
4.根据权利要求2所述的一种陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于，步骤(d2)所述研磨体、浆料和水的质量比为(2-3):1:(0.7-0.8)。
5.根据权利要求2所述的一种陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于，步骤(e)所述陈腐时间为48-72h。
6.根据权利要求2所述的一种陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于，步骤(f)所述喷雾压力为0.8-2.8Mpa，喷雾造粒温度为700-800℃。
7.根据权利要求2所述的一种陶瓷刚玉磨料的制备方法，其特征在于，步骤(f)所述造粒粉水份含量为0.5％以下。
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