本发明涉及氧化铝基陶瓷研磨介质领域,尤其涉及氧化铝基陶瓷多面体研磨介质及其制备方法。
1、氧化物陶瓷材料因硬度高、耐磨损等优良的性能,作为研磨介质被大范围的应用于冶金、建材、煤炭、矿山、化工等领域。常用的氧化物研磨介质主要有氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝陶瓷等。研磨机等研磨设备,每年消耗上千万吨的氧化物研磨介质,消耗量巨大,因此提高研磨介质的研磨效率及常规使用的寿命、降低其能耗一直是专家学者们研究重点。
2、目前,使用最多的研磨介质为研磨球。如,氧化铝球、氧化锆球、硬质合金球等。据文献报导(研磨体形状对湿磨wc粉末粒度、微观形貌及氧含量的影响,硬质合金,2021,38(5):7;行星磨中研磨体级配对水泥熟料破碎效率的影响,硅酸盐通报,2011,30(4):930-933),研磨球对研磨方式粉碎细粒度物料具有较高的研磨效率,而其它形状研磨介质对冲击方式粉碎中粗粒度物料具有较高的研磨效率。因此,针对于建材、煤炭、矿山等行业的生产中,石头物料的粉碎、加工,最好使用多面体形状研磨介质实现粉碎、研磨,以提升产品的质量和研磨效率。专利cn105690543a公开了一种正二十面体研磨体制成设备及方法,目前研发的多面体研磨介质主要为正二十面体,这些多面体的形状接近球形,未充分的发挥多面体研磨介质对中粗粒度石头物料的破碎、研磨效果,导致破碎、研磨效率较低,能耗较大。面数低的多面体研磨介质多为平面组合体,通过线和面与研磨物料接触,仅适用于中粗颗粒的初步研磨,无法研磨至较细颗粒。
3、此外,市场上应用的多面体研磨介质多为硬质合金,少有陶瓷多面体研磨介质,这主要是由于陶瓷多面体研磨介质的制备,存在成型工艺复杂、成品率低(因烧结出现裂纹、开裂、变形等)、不耐磨损、常规使用的寿命不佳等问题。
1、针对现存技术的不足,本发明的目的是提供一种氧化铝基陶瓷多面体研磨介质,破碎或研磨效率高、能耗低、耐磨损、常规使用的寿命长。
2、本发明还提供其制备方法,制得的多面体研磨介质成品率高,无裂纹、开裂、变形问题出现。
5、步骤二:将混合粉料、分散剂、粘结剂和水在真空中充分混合,得到粉体料浆,静置;
9、步骤六:将陶瓷坯体以速率2~50℃/min升温至1350~1750℃保持2~6h,烧结完毕,以5~20℃/min降温至1000~1400℃,并保温0.5~2h,再炉冷至室温,即得氧化铝基陶瓷多面体陶瓷研磨介质;
10、步骤三所述雾化造粒中,雾化器转速为7000~10000r/min,进风温度为180~240℃,出风温度为80~120℃,料浆流速为1.5~2.5l/min,粉体料浆在流道内有必要进行预热,预热温度40~80℃。
11、优选的,步骤一所述球磨,采用30wt.%直径为60mm的氧化铝球、40wt.%直径为50mm的氧化铝球和30wt.%直径为40mm的氧化铝球作为研磨介质,其中球料质量比为(1.5~4):1,球磨后的混合粉料的平均粒度为0.5~2μm。使用上述直径和混合比例的氧化铝球进行球磨,可以大幅度提高研磨效率,缩短球磨时间。
12、步骤二所述分散剂为聚丙烯酸铵和三聚磷酸钠质量比为1:(0.5~3)的混合物。采用有机分散剂与无机分散剂的混合物作为复合分散剂,可保证料浆静置时不出现粉体沉降等问题。
14、步骤三所述球形造粒粉体的粒径为50~100μm,步骤四所述压制的压力为10~50mpa。
15、步骤一所述烧结助剂为cao、mgo与tio2质量比为1:(0.5~3):(0.2~2)的混合物。
16、步骤一所述板状晶诱发剂的添加量为氧化铝质量的0.1~5%,所述板状晶诱发剂为tio2、la2o3与nb2o5质量比为1:(0.5~2):(0.5~1)的混合物。
17、复合诱发剂的诱发效果优于单一诱发剂。因此,本发明采用tio2、la2o3与nb2o5作为诱发剂,且经过优化得到tio2、la2o3与nb2o5的质量比为1:(0.5~2):(0.5~1)时,具有最佳的效果。
18、步骤一所述氧化铝含量为65~99wt.%,烧结助剂含量为1~5wt.%,氧化锆含量为0~30wt.%;步骤二所述分散剂的含量为步骤一制得的混合粉料的0.5~5wt.%,粘结剂的含量为步骤一制得的混合粉料的0.5~5wt.%,料浆的固含量为35~50wt.%。
19、当步骤一中添加氧化锆时,还需加入相变稳定剂;所述相变稳定剂为y2o3、ceo2、mgo、cao、tio2或sc2o3。加入相变稳定剂的作用是使四方相氧化锆稳定到室温。
21、氧化锆相的加入,可以提高多面体陶瓷研磨介质的强度和断裂韧性,从而提高其抗冲蚀磨损性能,这对提高其使用寿命及工作可靠性十分有益。此外,第二相的加入,可以促进陶瓷研磨介质的烧结,降低其烧结温度、烧结时间,同时提高其致密度。
22、步骤五所述排胶的排胶温度为800~1000℃,排胶时间0.5~2h。
23、本发明所述的氧化铝基陶瓷多面体研磨介质为四面体、六面体、八面体、十二面体,且多面体的表面为平面与弧面结合。
24、平面通过线和面与研磨物料接触,针对中粗物料的冲击破碎;弧面主要通过点与研磨物料接触,与研磨球类似,可以将研磨物料进一步细加工。因此,可以根据最终研磨物料的粒度要求,选择不同面数的平面和弧面混合的多面体陶瓷研磨介质。
25、本发明从陶瓷制备的源头出发,严格控制研磨粉体的粒度及雾化造粒工艺参数,从而得到适合烧结、粒径尺寸分布窄、组分均匀的造粒粉体,此种粉体经烧结可以得到高致密的耐磨多面体陶瓷研磨介质。
26、本发明不仅使用氧化铝陶瓷研磨介质,也适用于其它氧化物、碳化物、氮化物及合金。此外,可以添加第二增强相,提高其强度和韧性,从而提高其抗冲蚀磨损性能。
28、(1)本发明所述的氧化铝基陶瓷多面体研磨介质为低面数多面体,具备高效研磨中粗颗粒的形状特征,同时多面体的表面为平面与弧面结合,平面通过线和面与研磨物料接触,针对中粗物料的冲击破碎,弧面通过点与研磨物料接触,可以将研磨物料进一步细加工。
29、(2)本发明通过控制雾化造粒的工艺,得到的球形造粒粉体粒径分布均匀,且造粒粉体粒径尺寸分布窄、组分均匀,解决了后续成型、烧结的技术瓶颈。
30、(3)本发明制得的氧化铝基陶瓷多面体研磨介质致密度高、硬度高,与研磨球相比较,研磨效率大幅度的提升。
31、(4)本发明在真空下进行混料,可以消除粉体料浆中的搅拌气泡,有益于后续的喷雾造粒过程。
32、(5)本发明为保障造粒粉体的具有较窄的平均粒径范围以及良好的球形度,采用粉体料浆预热途径,控制粉体料浆的流速,使得粉体料浆在流道进行40~80℃的预热。经此步骤处理的粉体料浆进入雾化塔的入口后,雾化的液滴更加均匀,且能快速的凝固成型,保持较好的球形结构。
33、(6)本发明控制降温速率,并进行分段降温,可以极大程度的消除陶瓷研磨介质在降温过程中出现的裂纹、破碎、变形等缺陷。由于各个步骤的精确控制,显著提高了其成品率。由于多面体陶瓷研磨介质致密度高、晶粒尺寸小,大大提高了其耐磨损性能及常规使用的寿命。另外,此介质可以直接作为研磨体使用,无需经过抛光。
34、(7)本发明制备的氧化铝基陶瓷多面体研磨介质密度低,与同体积的硬质合金研磨介质相比较,大幅度的降低了重量,以此来降低磨机的能耗,提高磨机的运转率。
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