研磨球影響耐磨性的因素

氧化鋁陶瓷的磨損機(jī)理分為脆性斷裂磨損和塑性形變磨損。前者的磨損特點(diǎn)為沿晶斷裂的晶粒脫落，后者的磨損特點(diǎn)為穿晶斷裂的微觀切削。前者的磨損率比后者大得多。人們希望陶瓷的磨損為塑性形變磨損。陶瓷的內(nèi)部因素對(duì)陶瓷塑性形變磨損機(jī)理具有重要的影響，氧化鋁瓷球是一種摩擦磨損構(gòu)件，其磨損率受內(nèi)部因素和外部因素的影響，其中內(nèi)部因素影響較大。氧化鋁陶瓷的耐磨性與自身的材料的力學(xué)性能、顯微結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用有著密切的關(guān)系，即與其內(nèi)部因素、彈性模量、硬度、斷裂韌性、晶粒尺寸、晶界和孔隙率，人們對(duì)此進(jìn)行了大量的 研究，陶瓷的韌性和晶粒尺寸是研究最多，與耐磨性關(guān)系最為密切的內(nèi)部因素，韌性對(duì)陶瓷的摩擦磨損影響極大，由于晶粒越小，陶瓷的耐磨性越好，所以耐磨陶瓷正朝微晶化方向發(fā)展。但納米氧化鋁陶瓷造價(jià)很高，難以在工程應(yīng)用領(lǐng)域推廣使用，所以氧化鋁陶瓷耐磨材料的研究重點(diǎn)在幾個(gè)微米的晶粒尺寸范圍內(nèi)有所突破和發(fā)展。

球磨機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、礦產(chǎn)、電力、建材、化工等領(lǐng)域，是最為普遍使用的粉碎設(shè)備。研磨介質(zhì)是球磨機(jī)

內(nèi)滾動(dòng)的球或圓柱物體。普通球磨機(jī)的研磨介質(zhì)主要是金屬球、圓柱，而在陶瓷生產(chǎn)業(yè)中，使用的主要是陶瓷

研磨介質(zhì)，其次是天然的燧石和鵝卵石。我國上市的陶瓷研磨介質(zhì)主要包括氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅等系列品種。

研磨球氧化鋁研磨球

氧化鋁瓷球是一種重要的工程陶瓷，屬高科技產(chǎn)品。由于合適的硬度、適中的密度、耐磨、耐腐蝕、價(jià)格低的特點(diǎn)，以及金屬球金屬雜質(zhì)引入的問題，因此氧化鋁瓷球被廣泛應(yīng)用于白色水泥、礦物、陶瓷、電子材料、磁性材料以及涂料、油漆等行業(yè)的原材料的粉磨和加工，是一種優(yōu)質(zhì)的研磨介質(zhì)。在建筑陶瓷行業(yè)中，氧化鋁瓷球的磨損效率比天然的燧石和鵝卵石提高。隨著優(yōu)質(zhì)天然球石資源的減少，普通瓷球磨損率高的特點(diǎn)，氧化鋁瓷球?qū)⒈辉絹碓蕉嗟奶沾蓮S家所使用根據(jù)不同的氧化鋁含量，可以分為中鋁球、中高鋁球和高鋁球一般我們把60%—65%氧化鋁含量的劃為中鋁球，75%—80%氧化鋁含量的稱為中高鋁球，90%以上氧化鋁含量的為高鋁球。其中高鋁球又細(xì)分為90瓷、92瓷、95瓷和99瓷。99瓷由于其極高的生產(chǎn)成本而很少有大型廠家大批量制造，主要為部分特種陶瓷廠通過手工制作。

中鋁球和中高鋁球由于其較低的價(jià)格，而被大部分陶瓷廠所接受，主要用于研磨陶瓷坯料。高鋁球由于其具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性，比重大、體積小、耐高溫、耐腐蝕、無污染等優(yōu)異特性而被廣泛的運(yùn)用于不同類型的陶瓷、瓷釉、玻璃、化工等等工廠的厚硬材質(zhì)精加工和深加工，其中尤以92含量的高鋁球使用最為普遍。

實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)氧化鋁研磨球的耐磨性和耐沖擊性的方法：本方法是通過氧化鋁球在聚胺脂罐中，以規(guī)定的條件沖擊研磨，考核球的沖擊性能，以單位時(shí)間磨耗表示氧化鋁球的耐磨性能。

（1）磨罐采用聚胺酯罐。內(nèi)徑200mm，長(zhǎng)220mm。

（2）耐磨沖擊試驗(yàn)機(jī)：能保證使內(nèi)裝4kg氧化鋁球和4L自來水的A2磨罐，以80r/min 連續(xù)運(yùn)行。

（3）試驗(yàn)制備：外觀質(zhì)量和外觀尺寸合格的氧化鋁球樣品約4kg左右，裝入A2磨罐，加4L自來水，在耐磨沖擊試驗(yàn)機(jī)上以 80r/min 研磨2h。取出樣品用水清洗，烘干備用。

（4）試驗(yàn)步驟

1、按A4處理后樣品，用感量為0.1g的天平秤重m1；

2、上述樣品放入A2磨罐，再加同重量的水，封蓋后不許漏水，放到耐磨試驗(yàn)機(jī)上，使磨罐以80r/min研磨24h后停機(jī)。

3、把樣品從磨罐中取出，用水清洗，烘干后稱重m2。

4、按規(guī)定測(cè)10個(gè)球的平均直徑D。

（5）結(jié)果表示

經(jīng)沖擊性、磨耗試驗(yàn)無裂痕、無破碎，視為耐沖擊性合格。

研磨球氧化鋯研磨球

在建材、電子、油漆等行業(yè)，氧化鋯研磨球應(yīng)用越來越廣泛。氧化鋯研磨球具有高密度（理論密度值為6.1g/cm³），高韌性及較高的硬度（HRA可達(dá)90以上）等特性，在生產(chǎn)中磨效高、磨損少，混入雜質(zhì)少，顯示出較多的優(yōu)越性能。國內(nèi)生產(chǎn)的氧化鋯研磨球，其氧化鋯粉體（部分穩(wěn)定）大多是采用共沉淀法生產(chǎn)工藝制備的，其優(yōu)點(diǎn)是原料純度高、活性大，制得的氧化鋯研磨球性能優(yōu)異，質(zhì)量穩(wěn)定。

高密度，高硬度，高耐磨，高韌性，耐腐蝕的特點(diǎn)。適用于陶瓷原料研磨用的球蘑機(jī)，粉塵設(shè)備等磨損較大之處，陶瓷，水泥，化工油漆，涂料，顏料，醫(yī)療，化妝品等行業(yè)細(xì)粉處理設(shè)備的高檔研磨介質(zhì)和填充料。

研磨球耐磨性的提高

（1）原料

顆粒的形貌：陶瓷是由壓制坯體經(jīng)高溫?zé)贫傻?，坯體由顆粒壓制而成，所以陶瓷的燒結(jié)不僅是顆粒之間的燒結(jié)行為，更重要的是坯體的燒結(jié)行為。燒結(jié)是陶瓷燒成的重要環(huán)節(jié)。影響坯體燒結(jié)的因素相當(dāng)多，其內(nèi)在因素是粉末的特性。粉末特性是影響燒結(jié)的重要因素之一，表面能是顆粒燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力之一，形貌對(duì)顆粒的表面能影

響很大，所以顆粒形貌對(duì)陶瓷燒結(jié)的影響是相當(dāng)大的。

表面粗糙的顆粒比表面積或表面能相對(duì)大，所以其燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力大、易燒結(jié)、燒結(jié)密度大、孔洞小而少。表

面光滑的粒狀顆粒，此顆粒比表面積或表面能比較小，因此其燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力較小、不易燒結(jié)，陶瓷的燒結(jié)密度比

較低，空洞大而多。板狀顆粒與粒狀顆粒相比，比表面積大、燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力大、易燒結(jié)。陶瓷的燒結(jié)密度較大，由小硬團(tuán)聚體和無團(tuán)聚體組成的坯體相比，氣孔率大、生坯密度小，陶瓷的密度也小，陶瓷的燒結(jié)密度較低。

顆粒的大?。寒?dāng)晶粒比較細(xì)小時(shí)，磨損機(jī)理主要是發(fā)生塑性變形和部分穿晶斷裂，產(chǎn)生輕微磨損。晶粒比較粗大時(shí)，磨損機(jī)理主要是發(fā)生晶界斷裂，產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，所以晶粒越小陶瓷的耐磨性越好。因此應(yīng)盡可能使用顆粒尺寸小的三氧化二鋁原料，以便減小陶瓷的晶粒度。另外，小顆粒與大顆粒相比，顆粒比表面積或表面能相對(duì)

大，所以其燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力大，燒結(jié)溫度低，同時(shí)燒結(jié)密度較高。

（2）助燒劑

合適的助燒劑降低燒結(jié)溫度，改善陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)，提高力學(xué)性能，進(jìn)而提高瓷球的耐磨性。助燒劑的品質(zhì)包括數(shù)量、物相組成、化學(xué)組成和細(xì)度等。助燒劑一般采用SiO₂-CaO-MgO三元系統(tǒng)進(jìn)行配方。應(yīng)盡量避免使用在高溫下放出氣體和發(fā)生相變的助燒劑，以免產(chǎn)生新的缺陷，而影響產(chǎn)品的致密化和合格率，降低產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）成型

采用等靜壓成型技術(shù)，克服其它成型方法空心、分層、密度低和密度不均勻等缺陷。原料的顆粒大小、形狀和添加劑都會(huì)影響等靜壓成型。成型壓力和保壓時(shí)間影響生坯的密度、燒結(jié)收縮率、燒結(jié)溫度。因此，要使用合適的原料和科學(xué)的成型工藝，確保生坯具有良好的燒結(jié)特性。

（4）燒結(jié)制度

過高的燒結(jié)溫度和過長(zhǎng)的保溫時(shí)間都會(huì)促進(jìn)三氧化二鋁晶體生長(zhǎng)，液相量增加，這樣不但強(qiáng)度下降，耐磨性

也會(huì)減弱。當(dāng)然溫度太低、燒結(jié)密度降低，瓷球的耐磨性下降。如果燒結(jié)溫度不合適，即使三氧化二鋁含量高，耐磨性也不一定好，關(guān)鍵取決于瓷球的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)。采用低溫快燒技術(shù)，可獲得顯著的節(jié)能效益，同時(shí)可抑制氧化鋁瓷球的晶粒長(zhǎng)大，有利于改善產(chǎn)品強(qiáng)度、韌性，從而提高瓷球的耐磨性。助燒劑極大影響低溫快

燒，一般采用SiO₂-CaO-MgO三元系統(tǒng)的配方。

研磨球研究進(jìn)展

研究者在采用適當(dāng)?shù)奶砑觿┙档蜔Y(jié)溫度和提高耐磨性方面進(jìn)行了大量的研究，取得了重要進(jìn)展。在平均1-1.5微米的三氧化二鋁中添加18%-20%的Y-PSZ，在1650℃下燒制1h，其相對(duì)燒結(jié)密度達(dá)98.8%，磨損率僅為通常95瓷球的1/5-1/8。三氧化二鋁轉(zhuǎn)化率合適的粉體是極其重要的，轉(zhuǎn)化率高低對(duì)氧化鋁瓷球的質(zhì)量影響很大。若三氧化二鋁轉(zhuǎn)化率高，它的煅燒溫度相對(duì)較高，物料的硬度大增加了粉體的研磨難度，而且燒結(jié)活性小，若提高燒結(jié)溫度，不但增加成本還會(huì)出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大，不利于形成均勻的顯微結(jié)構(gòu)，耐磨性反而下降。若三氧化二鋁轉(zhuǎn)化率低，它的煅燒溫度相對(duì)較低，物料的硬度減弱，研磨相對(duì)容易，燒結(jié)活性大，但由于晶型轉(zhuǎn)變制品產(chǎn)生收縮更大，造成瓷球的開裂。

研磨球應(yīng)用

以墻地磚為主導(dǎo)產(chǎn)品的建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)所用的坯料、釉料均用球磨機(jī)研磨。大多數(shù)企業(yè)仍沿用天然球石作為研磨介質(zhì)，天然球石由于耐磨性能不佳，磨制過程中不可避免地污染釉料，同時(shí)由于天然球石的密度小，研磨效率低。尋求并使用價(jià)廉物美的磨介是陶瓷企業(yè)的追求之一。自50年代起三氧化二鋁瓷球就已進(jìn)入陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域中。1998年中國建筑陶瓷總產(chǎn)量為1.594*10m，衛(wèi)生陶瓷總產(chǎn)量為5145萬件，分別占世界產(chǎn)量的1/3和1/5，被認(rèn)為是當(dāng)今世界最大的建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)國，并且我國可望一直保持建筑衛(wèi)生陶瓷世界第一生產(chǎn)大國的地位。根據(jù)理想的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，高檔制品按20%估計(jì)，全國所需氧化鋁瓷球的裝填量約40000t，高品位瓷球綜合需求量應(yīng)該在50000t/a左右。隨著天然球石的瀕臨枯竭，理想的球石已經(jīng)很難買到，質(zhì)次價(jià)高的球石嚴(yán)重影響研磨物料的質(zhì)量，影響制品的檔次，迫使企業(yè)選擇具有優(yōu)良特性的氧化鋁瓷球。使用氧化鋁瓷球作研磨介質(zhì)來提高產(chǎn)品的檔次，已是陶瓷界人士的共識(shí)。所以，氧化鋁瓷球在陶瓷行業(yè)的市場(chǎng)需求是很大的。

具有密度、機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)。研磨瓷球是一種經(jīng)濟(jì)型、應(yīng)用極為廣泛的非金屬研磨介質(zhì)，研磨瓷球主要用于機(jī)械、電子、航天等領(lǐng)域，也可用于化肥、化工等行業(yè)。