CN116477925A - 一种耐磨陶瓷的制造工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种耐磨陶瓷的制造工艺方法，属于机械零件领域。本发明耐磨陶瓷的制造工艺方法具体包括如下步骤：将铁尾矿与增强材料进行混合，进行预烧并保温，冷却后加入粘结剂，采用乙醇溶液做溶剂混合均匀，压片机压片后放入模具内进行加热并保温，自然冷却后将陶瓷从模具内取出，制得耐磨陶瓷材料。本发明采用了两次混料和预烧工艺，进一步提高了材料的致密度和结晶度，增强了材料的力学性能和耐磨性能，充分利用冶金废弃资源，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于机械零件领域，具体涉及一种耐磨陶瓷的制造工艺方法。
背景技术
铁尾矿是指从铁矿山中提取铁矿石后剩余的固体废弃物，其主要成分为铁氧化物、硅酸盐、铝酸盐等。铁尾矿储量巨大，占据了大量土地资源，其处理和利用一直是重要的环境和经济问题。因此，寻找铁尾矿的高效、环保、经济的利用途径，是当前工业领域研究的热点之一。
近年来，以铁尾矿为原料制备耐磨陶瓷已经成为一种非常具有潜力的技术。陶瓷材料具有优异的耐磨性、耐高温性、抗腐蚀性、绝缘性等特点，在工业生产、生物医学、航空航天等领域具有广泛的应用。因此，通过将铁尾矿转化为陶瓷材料，不仅可以有效地减少固体废弃物的排放，还可以利用废弃物开发新型高附加值材料，实现资源的循环利用。
陶瓷材料具有优异的性能，包括耐磨性、耐高温性、抗腐蚀性、绝缘性等，广泛应用于工业生产、生物医学、航空航天等领域。利用铁尾矿制备陶瓷材料，能够大量减少采矿和冶炼过程中产生的废弃物，同时还能制备出高性能的陶瓷材料。
铁尾矿制备耐磨陶瓷的技术主要分为两类，一类是通过热处理方法制备氧化铝、硅酸盐等陶瓷材料，另一类是利用化学方法制备新型多元金属氧化物陶瓷材料。其中，化学方法制备陶瓷材料由于具有成本低、生产效率高、制备工艺简单等优点，受到越来越多的研究关注。
目前，制备铁尾矿陶瓷材料的主要研究方向是探索高性能、低成本的制备方法。例如，利用溶胶-凝胶法、氧化物共混法、微波辅助法等制备多元金属氧化物陶瓷材料，利用半干法、干压成型法、注射成型法等制备陶瓷坯体，并采用高温烧结、等离子烧结等方法进行陶瓷材料的制备。这些方法可以有效地提高制备陶瓷材料的效率和质量，并且可以实现对陶瓷材料的微观结构和物理性能的精细调控。
近年来，各种耐磨陶瓷材料在冶炼、机械、化工、煤炭等企业的输煤、输料、制粉及除尘系统等磨损大的设备上广泛使用。耐磨陶瓷材料由于其优越的抗折抗压及耐磨耐蚀性能，在各种工业设备上的应用越来越广泛。现有的耐磨陶瓷所采用的原料大多是高纯材料，生产过程复杂，生产成本偏高，不利于耐磨陶瓷材料的推广应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐磨陶瓷的制造工艺方法，解决耐磨陶瓷制造成本高，冶金固废物的回收利用问题。
本发明的耐磨陶瓷的制造工艺方法的技术方案，包括如下步骤：
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝进行混合，得到混合原料；
(2)预烧：将步骤(1)混合原料进行预烧，脱去混合原料中结晶水；
(3)二次混料：向粘结剂中加入乙醇溶液进行混合，然后加入步骤(2)中预烧后的混合原料；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，自然冷却至室温；
(6)脱模：将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
步骤(1)中所述混料为铁尾矿和三氧化二铝按照重量比(4-5)：1进行混合；
步骤(2)中所述预烧的温度为400-500℃；
步骤(3)中所述粘结剂为聚乙烯醇；所述粘结剂与乙醇溶液的体积比为1：1；所述混合原料和粘结剂的质量比为(9-10)：1；
步骤(5)中所述高温烧结具体为，升温至1350-1400℃，然后保温2-3h；
本发明的有益效果为：
1.本发明采用铁尾矿石材料作为原料，与传统陶瓷制备方法中使用的氧化铝等单一原料不同。同时，添加了聚乙烯醇，三氧化二铝作为增强材料，使得陶瓷材料具有更好的韧性和耐磨性能。此外，采用了两次混料和预烧工艺，进一步提高了材料的致密度和结晶度，增强了材料的力学性能和耐磨性能。
2.本发明的工艺方法不仅能够充分利用废弃矿石资源，降低生产成本，而且能够制备出性能更好、更具有耐磨性的陶瓷材料，具有很高的应用价值。
附图说明
图1为本发明制得的耐磨陶瓷实物图；
图2为本实施例制得的耐磨陶瓷的XRD图。
具体实施方式
实施例1
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比5：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行500℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比10：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1400℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
实施例2
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比5：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行500℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比10：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1380℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
实施例3
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比5：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行500℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比10：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1350℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
实施例4
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比4：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行500℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比10：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1400℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
实施例5
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比4：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行500℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比10：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1400℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
实施例6
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比4：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行500℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比10：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1400℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
实施例7
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比5：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行500℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比9：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1380℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
实施例8
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝按照重量比5：1进行混合；
(2)预烧：将步骤1混合原料放到低温炉进行450℃进行预烧，将原料中结晶水脱去；
(3)二次混料：将步骤2预烧后的原料和聚乙烯醇粘结剂用乙醇溶液以重量比9：1均匀混合；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，到达1400℃后保温2h，自然冷却至室温；
(6)脱模，将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
本发明的耐磨陶瓷实物图如图1所示；图2为上述实施例制得的耐磨陶瓷的XRD图。
下表1-3为本发明实施例制得陶瓷材料的冲击强度、维氏硬度和抗压强度随温度和原料浓度变化的数据汇总，由表可知，随着烧制温度的升高，陶瓷的抗压强度和硬度由明显提升，但是在1390℃左右出现增长变缓的趋势，从节约能源的角度，1380℃是一个合适的烧制温度；各个指标性能也会随着三氧化二铝的添加量升高，但是从15％到20％提升明显，从20％到25％提升速度开始放缓，所以(4～5)：1的原料比最佳。
表1
表2
表3
Claims (6)
1.一种耐磨陶瓷的制造工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)混料：将铁尾矿和三氧化二铝进行混合，得到混合原料；
(2)预烧：将步骤(1)混合原料进行预烧，脱去混合原料中结晶水；
(3)二次混料：向粘结剂中加入乙醇溶液进行混合，然后加入步骤(2)中预烧后的混合原料；
(4)压样：将步骤3混匀后的原料用压样机压制成圆柱体，放到石墨模具里；
(5)烧结：将石墨模具同压好的样品放到高温炉中进行高温烧结，自然冷却至室温；
(6)脱模：将冷却后的模具从高温炉中取出，将陶瓷从模具内脱出，得到成品陶瓷。
2.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷的制造工艺方法，其特征在于，步骤(1)中所述混料为铁尾矿和三氧化二铝按照重量比(4-5)：1进行混合。
3.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷的制造工艺方法，其特征在于，步骤(2)中所述预烧的温度为400-500℃。
4.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷的制造工艺方法，其特征在于，步骤(3)中所述粘结剂为聚乙烯醇；所述粘结剂与乙醇溶液的体积比为1：1。
5.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷的制造工艺方法，其特征在于，所述混合原料和粘结剂的质量比为(9-10)：1。
6.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷的制造工艺方法，其特征在于，步骤(5)中所述高温烧结具体为，升温至1350-1400℃，然后保温2-3h。
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