CN1918083A - 磨球及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及由包含以下化合物的烧结陶瓷制成的磨球(以重量％计)：18－50％莫来石(3Al2O3·2SiO2)；用0.5－3％稀土氧化物稳定化的9－25％氧化锆(ZrO2+HfO2)；25－72％氧化铝(Al2O3)。
Description
技术领域
本发明涉及无机或有机材料的研磨，尤其涉及用在搅拌研磨机中的磨耗型或其它类型的球状烧结陶瓷球，其在干法和/或湿法过程中用于颗粒的减小、分散及再生。
背景技术
用干法和湿法进行细磨及分散的装置和方法为本领域技术人员所熟知，并在众多行业中得到发展，例如：
-采矿业，借助于常规方法细磨预破碎的颗粒；
-涂料、油墨、漆和农用化学品工业，以及用于液体和各种固体组分的分散和均化的行业。
大多数情况下，这些装置和方法使用基本上为球形并且小直径(通常小于10mm)的分散材料或磨料。
在采矿业中，细磨和超细磨近来已成为重要的发展途径，随之的是需要提供经济的磨料。
搅拌研磨机可以描述如下：其包括竖直或水平放置的圆柱形腔室，其中装有直径为0.5mm到12mm的小球，小球的直径取决于所需成品的细度。带有圆盘的轴在该腔室中旋转。这些圆盘将运动传递给磨料和待研磨的材料。所有这些的运动能够使待研磨的材料在磨球之间分散，这具有将所述材料减小到预定细度的作用。因而所得颗粒尺寸随着输入该装置中的能量而定。
这种研磨方法能够以供应和卸出待研磨的材料的连续湿法或干法进行，或者间歇式进行，也即在完全封闭的圆柱形腔室中进行。
磨料本身显然要经受磨损，对磨料的选择将取决于以下标准：
-相对于被研磨或分散产品的化学惰性，
-抗机械冲击性，
-耐磨性，
-在研磨机或分散器的内部装置上导致的磨损，
-其密度，较高的密度将提供良好的研磨性能，
-没有导致磨球快速磨损的表面多孔性，
-可接受的球形。
在市场上可以见到用于搅拌研磨机或分散器的有限的几种磨料：
-圆形颗粒的砂(石英、锆石)，
-玻璃球，
-金属球，
-熔融陶瓷球(电熔)，
-烧结陶瓷球。
圆形颗粒的砂是天然且便宜的产品。其不良的抗机械冲击性、低密度、质量上的差异(沉积物的不一致性)、对搅拌研磨机和分散器内部装置的磨蚀均对其应用造成了限制。
广泛用于克服圆形颗粒砂的缺陷的玻璃球在需要有高机械强度和高耐磨性的球的研磨或分散应用中变得低效。当研磨效率是该方法的一个重要因素时，其2.5g/cm3的低密度也是限制其应用的特征。
金属球由于以下的原因而变得较为低效：
-它们相对于被研磨或分散产品不足的化学惰性，
-它们过高的密度必然导致高的能量消耗和研磨机/搅拌器内部装置的高热量。
而陶瓷球具有比玻璃球高的机械强度、介于玻璃球和金属球之间的密度以及相对于被研磨或分散产品优良的化学惰性。
陶瓷球按照生产方法被分为两类：
-熔融陶瓷球，其通过在非常高温度(+/-2000℃)下熔融陶瓷化合物并以小滴的形式固化而得到，
-烧结陶瓷球，其通过陶瓷化合物的冷成形并且通过在高温(+/-1500℃)下烧结强化而得到。
烧结陶瓷球按照成形的陶瓷化合物可被分为四类：
-由氧化铝制成的球(Al2O3含量≥90％)，
-由硅酸铝制成的球(莫来石或其它)，
-由氧化铝-氧化锆制成的球(85到95％Al2O3-15到5％ZrO2)，
-由氧化锆制成的球，其通过尤其是钇、铈或镁的氧化物来稳定化或部分稳定化。
莫来石/氧化锆的组成以及莫来石/氧化铝/氧化锆的组成已经在用于玻璃熔炉的耐火砖的范畴内广泛地进行了研究。
在出版物《High temperature mechanical properties ofreaction-sintered mullite/zirconia and mullite/alumina/zirconiacomposites》(Journal of Materials Science 20(1985)，PP.2533-2540)中，G.Orange和F.Cambier研究了这些组合物在高温(1000℃)下的断裂强度及其冲击强度，以便在结构应用(如玻璃熔炉)中使用这些组合物。
但是，对于磨球来说的问题是非常不同的。这些球必须比耐火砖光滑得多，在磨料上仅存在同样多的棱角就可能减少磨机内部装置50％的使用年限，导致产生维护费用，这使得非常粗糙的磨料的使用是难以接受的。
由于磨球的表面光洁度直接影响装置的内部磨损以及研磨质量，因而其十分重要。所述表面光洁度还直接受到化学组成和所述球的生产方法的影响。
电熔融氧化铝和氧化锆的磨球分别公开于美国专利US 3,486,706和US 5,502,012中。这些文献要求保护特定的玻璃相。
专利申请EP-0 662 461 A1公开了通过熔融氧化锆和二氧化硅混合物而形成的陶瓷材料球，并研究了存在钇和铈的氧化物的影响。
文献EP 1 167 320 A1描述了由氧化铝-氧化锆-二氧化硅制成的低成本产品，其被熔融并铸成块，以用于玻璃熔炉的回热器中或者超结构中。
所有包含二氧化硅、氧化铝或氧化锆的磨球都具有通过熔融制得的特征，这需要达到高于2000℃的温度，这在技术上是困难的，并且因此也是昂贵的。相反地，这些文献均没有公开由烧结陶瓷制成的，同时包含二氧化硅、氧化铝和氧化锆的磨球。这个过程能够在约1500℃下实现，这在技术上更容易，并且因此也较便宜。
发明内容
本发明旨在提供由烧结陶瓷制成的具有特定组成的磨球，该磨球具有高耐久性和优良的耐冷磨损性，用在供无机或有机材料的研磨机中。此外，本发明旨在提供一种用于生产这种球的方法。
本发明公开了由包含以下化合物的烧结陶瓷制成的磨球(以重量％计)：
-18-50％莫来石(3Al2O3·2SiO2)
-用0.5-3％稀土氧化物稳定化的9-25％氧化锆(ZrO2+HfO2)
-25-72％氧化铝(Al2O3)。
根据优选的实施方案，本发明包括下列特征中的一个或几个特征：
-所述化合物主要由包含锆石(ZrSiO4)和氧化铝(Al2O3)的原料获得；
-所述陶瓷进一步包含1-5重量％选自Na2O、MgO、CaO和BaO的氧化物；
-所述氧化锆用0.5-3重量％的Y2O3稳定化；
-而且，所述磨球的化学分析(X荧光、ICP等离子体光谱仪)显示出存在以下氧化物(以重量％计)：
-9-25％ZrO2+HfO2
-0.5-3％Y2O3
-5-12％SiO2
-60-85％Al2O3，其中ZrO2/SiO2之比大于或等于2；
-磨球的直径为0.1mm-100mm，优选0.5mm-50mm，并且特别优选0.5mm-10mm。
本发明另外公开了一种用于生产由烧结陶瓷制成的磨球的方法，其包括以下步骤：
-通过干法和/或湿法来混合和/或研磨原料，以便形成浆料，该浆料中任选地添加粘结剂和/或有机表面活性剂；
-所述浆料经过造粒装置或造粒工艺；
-通过筛分选择所获得的球，其中颗粒尺寸不符合要求的球经由任选的干燥和/或研磨步骤而返回到混合器中；
-干燥颗粒尺寸符合要求的球；
-在1400℃-1600℃烧结颗粒尺寸符合要求的球，随后是包装步骤。
此外，本发明具体说明：在选择步骤期间，该造粒装置包括流化床造粒机和造粒盘。
本发明还表明：在选择步骤期间，在造粒盘上发生水雾化作用，以便在烧结前获得包含18-22％水的磨球。
此外，这些粒料还可以通过凝胶化工艺或通过注射模塑工艺得到。
本发明还具体说明，所述有机粘结剂选自多糖、热塑性聚合物、热固性聚合物或基于水性或有机溶剂的聚合物。
有利地，所述表面活性剂选自羧酸如硬脂酸或油酸，和/或聚合电解质如聚甲基丙烯酸铵(polymethylacrilate d’ammonium)。
此外，本发明公开了根据权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球用于研磨无机或有机材料的用途。
附图说明
图1显示本发明具有不同颗粒尺寸的球的图解。
图2显示可以测试本发明球的性能并将其与现有技术的球的性能相比较的研磨示意图。
图3示出了本发明的球与现有技术的样品A和B之间在研磨时间参数方面的比较。
图4示出了本发明的球与现有技术的样品A和B之间在所消耗能量方面的比较。
图5示出了本发明的球与现有技术的样品H和G之间在研磨时间参数方面的比较。
图6示出了本发明的球与现有技术的样品H和G之间在所消耗能量方面的比较。
图7示出了本发明的球与现有技术的样品C和D之间在研磨时间参数方面的比较。
图8示出了本发明的球与现有技术的样品C和D之间在所消耗能量参数方面的比较。
图9示出了本发明的球与现有技术的样品E之间在研磨时间参数方面的比较。
图10示出了本发明的球与现有技术的样品E之间在所消耗能量方面的比较。
具体实施方式
本发明涉及由包含氧化铝-氧化锆-硅酸铝(尤其是氧化铝-氧化锆-莫来石)的烧结陶瓷制成的球。这些球的质量高于由氧化铝、硅酸铝或氧化铝-氧化锆制成的球的质量，并且其成本明显低于非常昂贵且特别用作磨料和/或分散介质的氧化锆球的成本。
更具体地，本发明涉及由烧结陶瓷制成的球，其具有以下化学组成的以重量％计：
-5-40％ZrO2+HfO2，优选9-25％，
-0.1-10％Y2O3，优选0.5-3％，
-0.5-20％SiO2，优选5-12％，
-40-90％Al2O3，优选60-85％，
其中ZrO2/SiO2之比大于或等于2，优选等于2，
-0-5％任选的氧化物(Na2O、CaO、MgO、BaO、...)。
通过以陶瓷氧化物的浆料和/或糊料作为原料来成形、干燥并在1400℃-1700℃，优选1500℃-1600℃的温度下烧结，从而可以形成这些球。
在以下提及ZrO2(氧化锆)的描述中，将考虑(ZrO2+HfO2)整体。这是因为，与ZrO2化学不可分离并且具有类似性质的一定量的HfO2总是与ZrO2一起存在，这是本领域技术人员所熟知的。
本发明基于在氧化铝存在下的锆石在高温下的离解反应。此反应同样为本领域技术人员所熟知：
通过改变x可以调节氧化铝(Al2O3)(如果x≠0)、通常的硅酸铝并且尤其是莫来石(3Al2O3·2SiO2)以及氧化锆(ZrO2)的相对体积比，并因此改变最终烧结陶瓷复合物的性能，例如硬度、耐久性和耐磨性。
锆石和氧化铝在高温下的反应使得能够通过烧结粉状的粉末获得非常均匀的复合物，其合成的相是精细分散的。
在本发明的一个优选实施方案中，氧化钇(Y2O3)被添加到前述反应的基础反应物中，这使得能够稳定在高温下得到的氧化锆的晶型(立方晶系或四方晶系)。
氧化锆大体上保持四方晶系，并且有时含少量立方晶型。这些状态取决于引入的Y2O3的量。四方晶型是氧化锆的三种同素异形变体中的最致密的晶型：6.1g/cc的密度，相对于立方晶型氧化锆的5.9g/cc和单斜晶型氧化锆的5.8g/cc。
四方晶型还对其所在的矩阵起到机械强化的作用。Y2O3的总量，也就是进入氧化锆以便使其稳定的Y2O3部分和进入硅酸盐相(莫来石)组成中的Y2O3过量部分导致生成具有较好抗高冲击力性能和耐磨性的更致密的球。
氧化锆的稳定化作用还使复合物的耐久性提高并使锆石的离解速度加快，由此降低烧结温度或持续时间。烧结温度或持续时间的这种降低使得能够得到较细的显微结构，这在耐磨性方面是一个主要的优势。
本发明球的干陶瓷成分在混合器中密切混合，可任选地将一些水加入该混合物中，例如目的是得到糊状稠度或者形成浆料。
混合的成分(尤其是在干法中)可以通过旋转造粒盘或粒化盘转变为球状。通过在固体组分的旋转床上雾化具有所添加的一种或多种有机粘结剂的水来将陶瓷成分的粉末转变成球。对该雾化进行调节，以使从所述造粒盘出来的球包含18-22重量％的水。
发明方法的描述
用于得到球的造粒方法概略地描绘如下：
球形成后，它们被筛分为三种颗粒尺寸级分：
a)具有所需颗粒尺寸的级分，其中所形成的球继续该生产方法到其结束；
b)具有比所需颗粒尺寸小的颗粒尺寸的级分，其中所形成的球被送回到造粒盘，以便继续生长；
c)具有比所需颗粒尺寸大的颗粒尺寸的级分，其中所形成的球被干燥、粉碎，然后送回混合器。
具有所需颗粒尺寸的级分(a)在常规干燥炉中于大约110℃的温度下干燥，直到球具有低于1重量％的水分。
然后将干燥的球装入烧结炉。在1400℃-1600℃的温度下按照精确限定的加热速度程序进行球的烧结。
在烧结并且该炉冷却后，球在其包装中进行调理(conditionnée)并且准备用于发送。
下图显示了用流化床干燥器进行的造粒：
添加了水和分散剂的组成本发明球的陶瓷成分按照50-75％的干料比例进行细磨。研磨后，向取出的浆料中添加有机粘结剂(5-7％)并精细地混合。
在室温下，浆料经喷射器喷入造粒流化床干燥器，在该干燥器中浆料与具有与本发明相同组成的流化固体粒子(种子)接触。
进入到干燥器中的热空气(最高140℃)蒸发浆料中包含的水，从而使干料沉积在种子上。干料的连续沉积使颗粒呈层状增长，并使得它们转化成球。一旦球达到所需的尺寸，则将其从干燥器中移出。
在从干燥器中取出后，这些球进行筛分操作：
a)具有比所需颗粒尺寸小的颗粒尺寸的球返回到干燥器中，以便于其中继续它们的生长；
b)具有比所需颗粒尺寸大的颗粒尺寸的球进行研磨操作，然后返回到干燥器中，以便用作未来球的种子；
c)具有所需颗粒尺寸的球继续该方法(在高温下烧结，包装)，直到其结束，如在该方法中的点A所示。
其它生产方法
通过凝胶化反应进行的球成形：
-由添加了水和分散剂的组成本发明球的陶瓷成分来生成包含50-75％干料的浆料；
-向浆料中加入天然多糖：相对于干料浓度为0.5-3％；
-通过使浆料逐滴经不同直径的毛细管流入包含多价阳离子的水溶液中来进行凝胶化作用；
-从水溶液中分离所形成的球，在水中洗涤该球，干燥，然后在高温下烧结。
通过注射模塑法进行的球成形：
-由添加了粘结剂(蜡、聚合物)和表面活性剂(羧酸，例如硬脂酸或油酸)的组成本发明球的陶瓷成分来生产悬浮液；
-将此悬浮液加热至±160℃，并将其注入到预先加热至40-60℃的在金属模具中容纳的球模槽中；
-在所形成的球固化后，从模具中取出这些球，按照精确限定的热处理脱除粘结剂，然后在高温下对球进行烧结。
在实验室磨碎机中的性能测试
与氧化铝球(A和B)、氧化铝-氧化锆球(G和H)、含铈的氧化锆(80重量％ZrO2-20重量％CeO2)、用氧化钇稳定化或部分稳定化的氧化锆球(F)、通过电熔融制成的氧化锆-二氧化硅球(E)相比，本发明的球(氧化铝-氧化锆-莫来石)的性能。
1、测试条件a和b
1.1磨碎机Netzsch-LM4
a)通过具有60重量％干料和40重量％水的氧化铝浆料的再循环来进行研磨：该研磨循环显示于图2中。
| 研磨浆料的量(L) | 18 |
| 浆料的初始颗粒尺寸d50(μm) | 29.9 |
| 氧化铝的重量(kg) | 19.6 |
| 水的重量(kg) | 13.1 |
| 分散剂的重量(kg)Dolapix C64 | 0.2 |
| 浆料的总重量(kg) | 32.9 |
| 研磨腔室ML4的有效体积(L) | 4.6 |
| 磨球的装料--->腔室的体积％ | 70 |
| 磨球装料的初始重量(kg) | ＝球的松密度×(4.6×0.70) |
| 浆料的流量(kg/h) | 575 |
| 磨碎机LM4的转速(RPM) | 2100 |
b)通过具有60％干料(30体积％氧化铝和70体积％氧化锆)和40％水的浆料的再循环进行研磨：研磨循环(见图2)。
| 研磨浆料的量(L) | 28.5 |
| 浆料的初始颗粒尺寸d50(μm) | 1.25 |
| 干料的重量(kg) | 32.7 |
| 水的重量(kg) | 22.1 |
| 分散剂的重量(kg)Dolapix C64 | 0.3 |
| 浆料的总重量(kg) | 55.2 |
| 研磨腔室ML4的有效体积(L) | 4.6 |
| 磨球的装料--->腔室的体积％ | 82 |
| 磨球装料的初始重量(kg) | ＝球的松密度×(4.6×0.82) |
| 浆料的流量(kg/h) | 575 |
| 磨碎机LM4的转速(RPM) | 2000 |
1.2测试的磨料的样品
| 样品 | 组成 | 密度 | 成本* | 公开 |
| A | 94％Al2O3 | 3.64 | 100 | 市售 |
| B | 90％Al2O3 | 3.61 | 100 | 市售 |
| C | 80％ZrO2-20％CeO2 | 6.24 | 600-700 | 市售 |
| D | 80％ZrO2-20％CeO2 | 6.24 | 600-700 | 市售 |
| E | 68％ZrO2-31％SiO2 | 3.84 | 80-80 | 市售 |
| F | 95％ZrO2-5％Y2O3 | 6.10 | 1000 | 市售 |
| G | 90％Al2O3-10％ZrO2 | 4.07 | 150-160 | EP0811586A |
| H | 70％Al2O3-30％ZrO2 | 4.40 | 270-280 | EP0811586A |
| 本发明的球 | 18-50％(3Al2O3·2SiO2)9-25％(ZrO2+HfO2)25-72％(Al2O3) | 3.88 | 100 |
(*)原料的相对成本---本发明的球的值为100
1.3方法和性能标准
按照图2中描述的研磨循环，在Netzsch型磨碎机中研磨浆料。对于磨料的每个样品来说，浆料被研磨，直到获得相似的颗粒尺寸。在每次研磨循环期间，以固定的间隔(例如，每小时)从该循环中取出浆料样品。通过对这些样品进行颗粒尺寸分析可以跟踪研磨的
颗粒 的尺寸随着
研磨时间和磨碎机
消耗的能量的变化。这些数据可以确定附图3-10中代表每个测试的磨料的曲线的方程式。放入磨碎机中的每个磨料样品的量被精确地确定并称量，以便占用研磨腔室的固定体积。记录每次研磨装料的初始重量(Win.)。
在每个研磨循环结束时，清空磨碎机的腔室，然后再次精确称量研磨装料，以便确定最终重量(Wfin.)。
对于每个测试的磨料样品，需要考虑结合到下列方程式中的参数：
-浆料细度随着研磨时间的变化曲线的方程式；
-浆料细度随着磨碎机消耗的能量的变化曲线的方程式；
-磨碎机中球的初始重量(Win.)和最终重量(Wfin.)的记录；
-原料的成本。
这些方程式将使得能够以下面的方式比较相对于本发明球的测试的样品的耐磨性、研磨效率和对于用户来说的经济节约性：
a)磨损性能：
-球的磨损U(gr/kWh)：
U＝(Win.-Wfin.)/Ce。
在磨碎机中球的失重除以磨碎机消耗的能量(Ce)，从而使得能够定量每个测试的球样品的实际磨损。
在此Ws：磨料的样品的磨损
Wb：本发明的球的磨损
磨损性能＝Ws/Wb
磨损比值＞1表明所考虑的样品比本发明的球磨损严重。
b)研磨效率
-时间性能
浆料细度随着研磨时间的变化曲线的方程式使得能够对获得确定的浆料细度(d50)所需的时间进行定量。
D50(μm)为浆料的平均粒径。
在此Ts：测试的样品获得d50所需的研磨时间
Tb：本发明的球获得d50所需的研磨时间。
时间性能＝Ts/Tb
研磨时间比值＞1表明，当进行同样的工作时，所考虑的样品比本发明的球更多地占用磨碎机。
-能量消耗性能
浆料细度随着磨碎机所消耗能量的变化曲线的方程式使得能够对为了获得确定的浆料细度(d50)而由磨碎机消耗的能量进行定量。
在此Es：测试的样品获得d50所需的能量
Eb：本发明的球获得d50所需的能量
能量消耗性能＝Es/Eb
能量比值＞1表明，当进行同样的工作时，所考虑的样品比本发明的球消耗更多的能量。
-节约指数
对于每个样品，计算下面的数值(Xs)：Xs＝Es×Ws×Cr
其中Es：获得研磨产品确定的细度的特定能量
Wb：球的磨损
Cr：原料的相对成本
数值(Xe)用于评价对于磨料用户来说的生产成本。
节约指数：S＝Xs/Xb
其中Xe：样品球用户的生产成本
Xb：本发明球的用户的生产成本
因而，如果C＞1，则对于用户来说，所涉及的样品比本发明的球的经济节约性要差。
2.结果
2.1本发明的球相对于氧化铝球(A和B)
按照测试条件1.1a)，每个测试的球的质量相同。
测试的球的直径：2mm
所需浆料的最终颗粒尺寸：d50+/-0.85μm
a)磨损性能
| 本发明的球 | A | B | |
| 所需的研磨时间(h) | 7 | 8 | 8.5 |
| 得到的最终颗粒尺寸d50(μm) | 0.87 | 0.94 | 0.98 |
| 消耗的能量(Kwh) | 34.80 | 31.50 | 33.40 |
| 球的磨损(g/Kwh) | 24.83 | 40.91 | 50.61 |
| 磨损性能(×更多磨损) | 1 | 1.65 | 2.04 |
b)研磨性能：研磨时间-消耗的能量(见图3和4)。
按照用于获得最终颗粒尺寸d50＝1.0μm的浆料的图表(abaque)，本发明的球具有以下的性能：
| 本发明的球 | A | B | |
| 所需的研磨时间(h) | 5.09 | 7.07 | 8.02 |
| 时间性能(×更多小时) | 1.00 | 1.39 | 1.57 |
| 消耗的能量(Kwh) | 26.13 | 28.12 | 31.67 |
| 能量消耗性能(×更多Kwh) | 1.00 | 1.08 | 1.21 |
| 节约指数(S) | 1 | 1.8 | 2.5 |
在耐磨性和研磨性能方面，本发明的球更有效。它们还通过较少使用磨碎机(见研磨时间性能)提供较大的生产能力。对于同样的原料成本来说，本发明的球在磨损和研磨性能方面的共同提高产生了大量的经济收益。
2.2本发明的球相对于氧化铝-氧化锆球(G和H)
依照测试条件1.1a)，每个测试的球的质量相同。
测试的球的直径：1mm
所需浆料的最终颗粒尺寸：d50+/-0.85μm
a)磨损性能
| 本发明的球 | G | H | |
| 所需的研磨时间(h) | 6 | 7 | 6 |
| 得到的最终颗粒尺寸d50(μm) | 0.81 | 0.88 | 0.87 |
| 消耗的能量(Kwh) | 27.20 | 29.70 | 26.20 |
| 球的磨损(g/Kwh) | 19.29 | 20.59 | 14.41 |
| 磨损性能(×更多磨损) | 1.00 | 1.07 | 0.75 |
b)研磨性能：研磨时间-消耗的能量-成本(见图5和6)。
按照用于获得最终颗粒尺寸d50＝1.0μm的浆料的图表，本发明的球得到以下性能：
| 本发明的球 | G | H | |
| 所需的研磨时间(h) | 4.03 | 5.56 | 4.81 |
| 时间性能(×更多小时) | 1.00 | 1.38 | 1.19 |
| 所需的能量(Kwh) | 18.25 | 23.65 | 20.36 |
| 能量消耗性能(×更多Kwh) | 1.00 | 1.30 | 1.12 |
| 节约指数(S) | 1 | 2.1-2.2 | 2.3 |
在耐磨性方面，本发明的球与现有技术没有明显区别。然而它们通过较少使用磨碎机(见研磨时间性能)提供较大的生产能力和较低的能量消耗。
该节约标准显示出，本发明的球相对于氧化铝-氧化锆系列节约两倍。
2.3本发明的球相对于含铈的氧化锆球(C和D)
含铈的氧化锆球C和D：80重量％ZrO2-20重量％CeO2。
依照测试条件1.1a)，每个测试的球的质量相同。
测试的球的直径：2mm
所需浆料的最终颗粒尺寸：d50+/-0.85μm
a)磨损性能
| 本发明的球 | C | D | |
| 所需的研磨时间(h) | 7 | 8 | 8 |
| 得到的最终颗粒尺寸d50(μm) | 0.87 | 0.97 | 0.87 |
| 消耗的能量(Kwh) | 34.80 | 35.60 | 39.00 |
| 球的磨损(g/Kwh) | 24.83 | 31.90 | 25.91 |
| 磨损性能(×更多磨损) | 1.00 | 1.28 | 1.04 |
b)研磨性能：研磨时间-消耗的能量(见图7和8)。
按照用于获得最终颗粒尺寸d50＝1.0μm的浆料的图表，本发明的球显示出以下性能：
| 本发明的球 | C | D | |
| 所需的研磨时间(h) | 5.09 | 7.87 | 6.44 |
| 时间性能(×更多小时) | 1.00 | 1.55 | 1.27 |
| 所需的能量(Kwh) | 26.13 | 35.17 | 31.64 |
| 能量消耗性能(×更多Kwh) | 1.00 | 1.35 | 1.21 |
| 节约指数(S) | 1 | 4.2-4.9 | 7.6-8.8 |
在耐磨性和研磨性能方面，本发明的球更有效。它们还通过较少使用磨碎机(见研磨时间性能)提供较大的生产能力。样品C和D的原料的相对成本远超过本发明的球的原料的成本。
对于本发明的球来说，所有这些参数的组合产生了很大的经济收益。
2.4本发明的球相对于氧化锆-二氧化硅球
氧化锆-二氧化硅球E，通过电熔融生产。
按照测试条件1.1a)，每个测试的球的质量相同。
测试的球的直径：2mm
所需浆料的最终颗粒尺寸：d50+/-0.85μm
a)磨损性能
| 本发明的球 | E | |
| 所需的研磨时间(h) | 7 | 8 |
| 得到的最终颗粒尺寸d50(μm) | 0.87 | 1.11 |
| 消耗的能量(Kwh) | 34.80 | 39.00 |
| 球的磨损(g/Kwh) | 24.83 | 75.50 |
| 磨损性能(×更多磨损) | 1.00 | 3.04 |
b)研磨性能：研磨时间-消耗的能量(见图9和10)。
按照用于获得最终颗粒尺寸d50＝1.0μm的浆料的图表，本发明的球显示出以下性能：
| 本发明的球 | E | |
| 所需的研磨时间(h) | 5.09 | 10.80 |
| 时间性能(×更多小时) | 1.0 | 2.12 |
| 所需的能量(Kwh) | 26.13 | 40.64 |
| 能量消耗性能(×更多Kwh) | 1.00 | 1.56 |
| 节约指数(S) | 1 | 2.8-3.8 |
本发明的球的磨损和研磨性能补偿了样品E的原料成本的差异。从经济角度来看，本发明的球再一次对用户来说更为有利。
2.5本发明的球相对于氧化锆球
氧化锆球F，用氧化钇稳定化或部分稳定化。
按照测试条件1.1b)，每个测试的球的质量相同。
测试的球的直径：
2mm
所需浆料的最终颗粒尺寸：d50+/-0.85μm
磨损和研磨性能
| 本发明的球 | F | |
| 所需的研磨时间(h) | 3 | 3 |
| 得到的最终颗粒尺寸d50(μm) | 0.80 | 0.80 |
| 消耗的能量(Kwh) | 13.90 | 14.00 |
| 球的磨损(g/Kwh) | 19.6 | 5.90 |
| 磨损性能(×更多磨损) | 1.00 | 0.30 |
| 节约指数(S) | 1 | 3.03 |
在耐磨性方面，本发明的球不是更有效。研磨性能也相同。
然而，样品F非常高的原料成本没有由磨损收益得到补偿，因而本发明的球对用户来说更为经济。
Claims (15)
1、由包含以下化合物的烧结陶瓷制成的磨球(以重量％计)：
-18-50％莫来石(3Al2O3·2SiO2)
-用0.5-3％稀土氧化物稳定化的9-25％氧化锆(ZrO2+HfO2)
-25-72％氧化铝(Al2O3)。
2、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球，其中所述化合物主要由包含锆石(ZrSiO4)和氧化铝(Al2O3)的原料获得。
3、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球，其中所述陶瓷进一步包含1-5重量％选自Na2O、MgO、CaO和BaO的氧化物。
4、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球，其中所述氧化锆被0.5-3重量％Y2O3稳定化。
5、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球，其中所述球的化学分析(X荧光、ICP等离子体光谱仪)显示出存在以下氧化物(以重量％计)：
-9-25％ZrO2+HfO2
-0.5-3％稀土氧化物
-5-12％SiO2
-60-85％Al2O3
其中ZrO2/SiO2之比大于或等于2。
6、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球，其中它们的直径为0.1-100mm。
7、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球，其中它们的直径为0.5-50mm。
8、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球，其中它们的直径为0.5-10mm。
9、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球的生产方法，其包括以下步骤：
-通过干法和/或湿法来混合和/或研磨原料，以便形成浆料，该浆料中任选地添加粘结剂和/或有机表面活性剂；
-所述浆料经过造粒装置或造粒工艺；
-通过筛分选择所获得的球，其中颗粒尺寸不符合要求的球经由任选的干燥和/或研磨步骤而返回到混合器中；
-干燥颗粒尺寸符合要求的球；
-在1400℃-1600℃烧结颗粒尺寸符合要求的球，随后是包装步骤。
10、权利要求9的由烧结陶瓷制成的磨球的生产方法，其中在选择步骤期间，该造粒装置包括流化床造粒机和造粒盘。
11、权利要求10的由烧结陶瓷制成的磨球的生产方法，其中在选择步骤期间，在造粒机上对磨球上的水雾化进行调节，以使从造粒盘出来的球包含18-22％的水。
12、权利要求9的由烧结陶瓷制成的磨球的生产方法，其中所述造粒工艺包括凝胶化工艺或注射模塑工艺。
13、权利要求9的由烧结陶瓷制成的磨球的生产方法，其中所述有机粘结剂选自多糖、热塑性聚合物、热固性聚合物或基于水性或有机溶剂的聚合物。
14、权利要求9的由烧结陶瓷制成的磨球的生产方法，其中所述表面活性剂选自羧酸如硬脂酸或油酸，和/或聚合电解质如聚甲基丙烯酸铵。
15、权利要求1的由烧结陶瓷制成的磨球用于研磨无机或有机材料的用途。
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