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CN108191413A - 一种微晶陶瓷研磨球及其制备方法与应用 - Google Patents

一种微晶陶瓷研磨球及其制备方法与应用 Download PDF

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CN108191413A CN201711436162.XA CN201711436162A CN108191413A CN 108191413 A CN108191413 A CN 108191413A CN 201711436162 A CN201711436162 A CN 201711436162A CN 108191413 A CN108191413 A CN 108191413A
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Abstract

本发明涉及一种微晶陶瓷研磨球，按重量份计，所述微晶陶瓷研磨球由包括如下成分的原料制备而成：氧化铝粉86～94份，氮化硅铁粉3～10份，铝硅合金粉0.5～5份，菱镁石粉0.5～3份，白云石粉0.5～1份，结合剂0.05～0.1份。本发明同时提供了所述微晶陶瓷研磨球的制备方法。本发明提供的微晶陶瓷研磨球韧性好、强度匹配合理、磨削性能高。所述微晶陶瓷研磨球用于水泥磨中，能耗小、性能稳定、破损率低，解决了陶瓷球的破损问题，提高了陶瓷球的磨削能力，从而增强磨粉效率。

Description

一种微晶陶瓷研磨球及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于研磨介质技术领域，具体涉及一种用微晶陶瓷研磨球及其制备方法。
背景技术
传统水泥磨使用的研磨体钢球、钢段比重大，磨机动力负荷大，铁质材料易产生静电、影响粉磨效率，使用一段时间后表面光滑，而且产生不规则的变形，使研磨效率降低。
陶瓷研磨体陶瓷球硬度高、比重适中、磨内研磨体重量减少，降低了磨机负荷，起到了降电耗、降噪、降温、降低过粉磨等作用。但在使用过程中同时也出现了陶瓷球破损和磨粉效率下降的问题。
目前，亟待开发一种韧性高、磨削能力强、磨粉效率高的研磨球。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种微晶陶瓷研磨球。本发明提供微晶陶瓷研磨球具有较高的韧性、提升的磨削能力、合理匹配的强度，从而实现较高的磨粉效率。
具体而言，本发明提供的微晶陶瓷研磨球按重量份计，由包括如下成分的原料制备而成：氧化铝粉86～94份，氮化硅铁粉3～10份，铝硅合金粉0.5～5份，菱镁石粉0.5～3份，白云石粉0.5～1份，结合剂0.05～0.1份。
其中，所述结合剂可选用本领域常规的可起到结合作用的原料，如聚乙烯醇、聚乙烯二醇或聚丙烯酰胺等，本发明不做特殊限定。
本发明通过对原料的组成和相对用量进行优化，可以确保所得陶瓷球产品具有优异的体积密度以及力学性能。
本发明进一步提供了所述微晶陶瓷研磨球的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料混合，湿法球磨后喷雾造粒，得混合粉体；
(2)将所述混合粉体加工成型，得球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成；
(4)将所述烧成后的产物进行酸蚀处理，清洗，干燥。
本发明所述步骤(1)中，将原料混合后，在球磨机中采用湿法球磨对混合原料进行研磨，如研磨至粒度小于2～2.5μm，然后进行喷雾造粒。所述喷雾造粒后得到粒径小且均匀的混合粉体，可用于后续步骤的加工成型。
本发明步骤(2)中可采用滚动成球或等静压压制成球的方法加工成型。本发明优选所述成型时进行分类成型，即根据目标产物微晶陶瓷球的大小选择不同的成型方法。具体而言：对于直径＞15mm、优选为17～25mm的微晶陶瓷球产品而言，由于其直径较大，容易成型，因此可采用较为简便、成本较低的滚动成球的成型方法，得到直径＞15mm、优选为17～25mm的球形坯体。对于直径≤15mm、优选为15～10mm的微晶陶瓷球产品而言，由于其直径较小，成型较为困难，为了确保其与大直径的陶瓷球具有相同的密度、压力等物理性质，优选采用等静压压制成球的成型方法，得到直径≤15mm、优选为15～10mm的球形坯体。由于水泥磨需要同时使用到大直径和小直径的陶瓷球，且要求不同直径的陶瓷球具有相同的密度、力度等性能，因此，在制备用于水泥磨的陶瓷球时需要针对不同的陶瓷球直径选择相应的成型方法。
本发明在步骤(3)所述烧成前，应先将步骤(2)所得球形坯体进行干燥。经干燥后的球形坯体在窑炉中进行烧成。所述烧成温度优选为1350～1530℃，保温1～8h，优选为保温2～6h。为了确保所得陶瓷球具有均匀的密度和强度，本发明优选在烧成时控制升温速度为50～100℃/h。作为本发明的一种优选方案，所述烧成具体为：自室温起，以50～60℃/h的速度升温至600～800℃，再以75～85℃/h的速度升温至1350～1530℃，保温2～6h；采用上述特定的升温程序进行烧成，可以确保所得陶瓷球产品具有优异的力学性能。经上述高温烧成后，应将烧制好的球冷却至常温，再进行后续处理。
本发明步骤(4)所述酸蚀处理，是在浓度5～15％的氢氟酸中浸泡15～30min。所述酸蚀处理步骤可对上述方法烧制好的球进行表面腐蚀，使得表面包裹晶粒的玻璃相腐蚀掉，使得晶粒锋刃暴露，小而均匀，形成凹凸的高尔夫球表面，增强磨削能力，提升磨粉效率。
在经所述酸蚀处理后，应将陶瓷球用清水冲洗或超声波清洗。为了进一步避免陶瓷球在使用过程中破损而影响磨粉效率，本发明在该步骤中将表面有裂纹和缺陷的球挑选弃用，而后将合格的陶瓷球进行干燥。
本发明同时保护所述微晶陶瓷研磨球在水泥磨中的应用。
本发明提供的微晶陶瓷研磨球韧性好、强度匹配合理、磨削性能高。所述微晶陶瓷研磨球用于水泥磨中，能耗小、性能稳定、破损率低，解决了陶瓷球的破损问题，提高了陶瓷球的磨削能力，从而增强磨粉效率。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下各实施例中采用的原料均市售购得。
实施例1
本实施例提供了一种微晶陶瓷研磨球，由如下原料制备而成：氧化铝粉88kg，氮化硅铁粉9kg，铝硅合金粉1.5kg，菱镁石粉1kg，白云石粉0.5kg，聚乙烯醇0.1kg。
本实施例进一步提供了所述水泥磨用微晶陶瓷研磨球的制备方法，具体为：
(1)将原料混合，用湿法球磨的方法将混合原料磨至粒度小于2μm，喷雾造粒，得混合粉体；
(2)采用等静压压制成球的方法对所述混合粉体加工成型，得直径12mm的球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成，烧成过程具体为：自室温开始，以50℃/小时的速度升温至800℃，然后以80℃/小时的速度升温至1400℃，然后在1400℃保温3小时，冷却至常温；
(4)将经步骤(3)烧成后的产物在浓度8％的氢氟酸中浸泡15min后，用水冲洗；将表面有裂纹和缺陷的球挑选出来弃用，剩余作为合格的球体进行干燥，即得。
实施例2
本实施例提供了一种微晶陶瓷研磨球，由如下原料制备而成：氧化铝粉92kg，氮化硅铁粉5kg，铝硅合金粉1kg，菱镁石粉1.5kg，白云石粉0.5kg，聚乙烯醇0.08kg。
本实施例进一步提供了所述水泥磨用微晶陶瓷研磨球的制备方法，具体为：
(1)将原料混合，用湿法球磨的方法将混合原料磨至粒度小于2μm，喷雾造粒，得混合粉体；
(2)采用滚动成球的方法对所述混合粉体加工成型，得直径20mm的球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成，烧成过程具体为：自室温开始，以50℃/小时的速度升温至800℃，然后以80℃/小时的速度升温至1450℃，然后在1450℃保温4小时，冷却至常温；
(4)将经步骤(3)烧成后的产物在浓度8％的氢氟酸中浸泡20min后，用水冲洗；将表面有裂纹和缺陷的球挑选出来弃用，剩余作为合格的球体进行干燥，即得。
实施例3
本实施例提供了一种微晶陶瓷研磨球，由如下原料制备而成：氧化铝粉93.5kg，氮化硅铁粉3kg，铝硅合金粉0.5kg，菱镁石粉2kg，白云石粉1kg，聚乙烯醇0.1kg。
本实施例进一步提供了所述水泥磨用微晶陶瓷研磨球的制备方法，具体为：
(1)将原料混合，用湿法球磨的方法将混合原料磨至粒度小于2μm，喷雾造粒，得混合粉体；
(2)采用等静压压制成球的方法对所述混合粉体加工成型，得直径13mm的球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成，烧成过程具体为：自室温开始，以50℃/小时的速度升温至800℃，然后以80℃/小时的速度升温至1530℃，然后在1530℃保温2小时，冷却至常温；
(4)将经步骤(3)烧成后的产物在浓度8％的氢氟酸中浸泡30min后，用水冲洗；将表面有裂纹和缺陷的球挑选出来弃用，剩余作为合格的球体进行干燥，即得。
实施例4
本实施例提供了一种微晶陶瓷研磨球，由如下原料制备而成：氧化铝粉86kg，氮化硅铁粉9kg，铝硅合金粉4kg，菱镁石粉0.5kg，白云石粉0.5kg，聚乙烯醇0.1kg。
本实施例进一步提供了所述水泥磨用微晶陶瓷研磨球的制备方法，具体为：
(1)将原料混合，用湿法球磨的方法将混合原料磨至粒度小于2μm，喷雾造粒，得混合粉体；
(2)采用滚动成球的方法对所述混合粉体加工成型，得直径22mm的球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成，烧成过程具体为：自室温开始，以50℃/小时的速度升温至600℃，然后以80℃/小时的速度升温至1380℃，然后在1380℃保温4小时，冷却至常温；
(4)将经步骤(3)烧成后的产物在浓度8％的氢氟酸中浸泡15min后，用水冲洗；将表面有裂纹和缺陷的球挑选出来弃用，剩余作为合格的球体进行干燥，即得。
实施例5
本实施例提供了一种微晶陶瓷研磨球，由如下原料制备而成：氧化铝粉88kg，氮化硅铁粉6kg，铝硅合金粉3kg，菱镁石粉2kg，白云石粉1kg，聚乙烯醇0.05kg。
本实施例进一步提供了所述水泥磨用微晶陶瓷研磨球的制备方法，具体为：
(1)将原料混合，用湿法球磨的方法将混合原料磨至粒度小于2μm，喷雾造粒，得混合粉体；
(2)采用等静压压制成球的方法对所述混合粉体加工成型，得直径14mm的球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成，烧成过程具体为：自室温开始，以50℃/小时的速度升温至800℃，然后以80℃/小时的速度升温至1350℃，然后在1350℃保温6小时，冷却至常温；
(4)将经步骤(3)烧成后的产物在浓度8％的氢氟酸中浸泡20min后，用水冲洗；将表面有裂纹和缺陷的球挑选出来弃用，剩余作为合格的球体进行干燥，即得。
实施例6
本实施例提供了一种微晶陶瓷研磨球，由如下原料制备而成：氧化铝粉90kg，氮化硅铁粉4kg，铝硅合金粉2.5kg，菱镁石粉2.5kg，白云石粉1kg，聚乙烯醇0.06kg。
本实施例进一步提供了所述水泥磨用微晶陶瓷研磨球的制备方法，具体为：
(1)将原料混合，用湿法球磨的方法将混合原料磨至粒度小于2μm，喷雾造粒，得混合粉体；
(2)采用滚动成球的方法对所述混合粉体加工成型，得直径18mm的球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成，烧成过程具体为：自室温开始，以50℃/小时的速度升温至800℃，然后以80℃/小时的速度升温至1500℃，然后在1500℃保温2小时，冷却至常温；
(4)将经步骤(3)烧成后的产物在浓度8％的氢氟酸中浸泡20min后，用水冲洗；将表面有裂纹和缺陷的球挑选出来弃用，剩余作为合格的球体进行干燥，即得。
实施例7
本实施例提供了一种水泥磨，其中应用实施例1～6中任意一个或多个实施例提供的研磨球。
经实际应用，将实施例1～6提供的微晶陶瓷研磨球用于水泥磨中，能耗小，性能稳定，破损率低，磨粉效率高。
实验例
采用本领域的常规方法对实施例1～5提供的微晶陶瓷研磨球进行物理力学性能检测。检测结果如表1所示。
表1：物理力学性能表
试样编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
压碎力(≥KN) 35 35 35 35 35 35
吸水率(≤％) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
体密(≥g/cm3) 3.58 3.60 3.60 3.58 3.58 3.58
晶粒大小(μm) 1～2 1～2 1～2 1～2 1～2 1～2
由表1结果可知，本发明提供的微晶陶瓷研磨球具有优异的体积密度，压碎力大，吸水率小，晶粒小且均匀。将所述微晶陶瓷研磨球用于水泥磨中，能耗小、性能稳定、破损率低，可以增强磨粉效率。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种微晶陶瓷研磨球，其特征在于，按重量份计，由包括如下成分的原料制备而成：氧化铝粉86～94份，氮化硅铁粉3～10份，铝硅合金粉0.5～5份，菱镁石粉0.5～3份，白云石粉0.5～1份，结合剂0.05～0.1份。
2.根据权利要求1所述的微晶陶瓷研磨球，其特征在于，所述结合剂为聚乙烯醇、聚乙烯二醇或聚丙烯酰胺。
3.权利要求1或2所述微晶陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将原料混合，湿法球磨后喷雾造粒，得混合粉体；
(2)将所述混合粉体加工成型，得球形坯体；
(3)对所述球形坯体进行烧成；
(4)将所述烧成后的产物进行酸蚀处理，清洗，干燥。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述湿法球磨研磨至粒度小于2.5μm。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，采用滚动成球的成型方法将所述混合粉体加工成型，得直径＞15mm、优选为17～25mm的球形坯体；
和/或，采用等静压压制成球的成型方法将所述混合粉体加工成型，得直径≤15mm、优选为15～10mm的球形坯体。
6.根据权利要求3～5任意一项所述的方法，其特征在于，所述烧成在1350～1530℃保温1～8h。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制所述烧成时以50～100℃/h的速度升温至1350～1530℃。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述烧成具体为：以50～60℃/h的速度升温至600～800℃，再以75～85℃/h的速度升温至1350～1530℃，保温2～6h。
9.根据权利要求3～8任意一项所述的方法，其特征在于，所述酸蚀处理具体为：在浓度5～15％的氢氟酸中浸泡15～30min。
10.权利要求1或2所述的微晶陶瓷研磨球或权利要求3～9任意一项所述方法制备而成的微晶陶瓷研磨球在水泥磨中的应用。
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