低成本生产白色中高铝瓷球.docx

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低成本生产白色中高铝瓷球

低成本生产白色中高铝瓷球

　　摘　要　本文针对目前市场上纯氧化铝粉原料价格昂贵的问题，研究了利用工业废料制备白色中高铝瓷球的工艺，不仅大大降低了生产成本，而且有利于环境保护。

　　关键词　氧化铝瓷球，磨损率，密度，市场前景

　　1前言

　　研磨介质是用来对原材料进行粉碎和加工的一种介质，主要为球状或圆柱状等。

目前我国市场上所售的研磨介质主要包括氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等系列。

氧化铝瓷球由于其合适的硬度、密度，耐磨、耐腐蚀、价格低等优点，以及可避免金属球的金属杂质引入，被广泛应用于白色水泥、矿物、陶瓷、电子材料、磁性材料以及涂料、油漆等行业的原材料的粉磨和加工，是一种性能优良的研磨介质。

　　虽然氧化铝瓷球有着优良的性能，但氧化铝粉价格上涨较快，目前仍居高不下,而激烈的市场竞争又使得氧化铝瓷球的价格一降再降,所以寻求低价格原料是目前生产氧化铝瓷球亟待解决的问题。

　　2实验

　　2.1原料

　　氧化铝主要由辊棒废料和其它工业废料引入,再加以高岭土、方解石、烧滑石等作为辅助原料，以达到降低烧成温度的目的。

实验主要原料的化学成分如表1所示；实验配方的化学组成见表2。

　　2.2实验过程

　　为了提高实验的准确性和可靠性，本实验采用与工业生产相同的工艺。

先将原料、分散剂（水玻璃或三聚磷酸钠等）和粘结剂（CMC或PVA）按一定比例混合，放进球磨罐内，以料:

球:

水=1:

2:

1球磨48h，烘干浆料，研细过40目筛；把造粒后的粉料装进橡胶模具，然后用湿袋法等静压成形，压力为70MPa、保压时间为60s。

将成形后的瓷球放进硅钼炉进行常压烧结，烧结温度1360℃、保温2h，然后自然冷却。

实验工艺过程如图1所示；烧成曲线见图2。

　　2.3性能测试方法

　　测试瓷球的吸水率、磨损率和比重，以表征瓷球的烧结情况和性能。

　　2.3.1瓷球吸水率的测定

　　实验以吸水率来表征瓷球的烧结情况，其计算公式如下：

　　N=（W1-W0）/W0×100%

（1）

　　式中：

　　N――瓷球的吸水率（100%）

　　W0――瓷球在空气中的干重

　　W1――瓷球在沸水中煮2h后的重量

　　2.3.2瓷球磨损率的测试

　　根据JC/T848.1-1999，把4kg同规格的瓷球与4kg水在不外加料的情况下先自磨2h，然后将瓷球烘干，再自磨24h，转速为80r/min。

瓷球磨损率的计算公式如式

（2）：

　　EWT=4.17×10-4×D×（M1-M2）/M1

（2）

　　式中：

　　M1――磨皮2h后的干重

　　M2――磨24h后的干重

　　D――瓷球的平均直径

　　EWT――瓷球的磨损率

　　2.3.3瓷球比重（密度）的测试

　　本实验利用排水法测定比重。

其计算公式为：

　　ρ=（m1ρ1）/（m3-m2）（3）

　　式中：

　　ρ1――水的密度

　　m1――样品在空气中的质量

　　m2――样品在水中的质量

　　m3――样品吸饱水后的质量

　　3实验结果

　　3.1样品的性能测试

　　样品的性能测试结果如表3所示。

　　3.2样品的x射线衍射分析

　　样品的x射线衍射图如图3所示。

　　由图3看出，样品的主晶相为刚玉、莫来石，还有钙长石、镁铝尖晶石和斜锆石等晶相。

　　4结果讨论

　　4.1原料

　　随着自然资源的日益短缺，氧化铝粉由原来的2000元/t左右飞速上涨到现在的5000元/t以上，这无疑大大增加了瓷球或者氧化铝陶瓷的生产成本。

因此，寻求低价格的原料是今后工业发展的方向。

　　本试验所用的辊棒废料和其它工业废料（包括边角料等）来源丰富、价格低廉，与用纯氧化铝生产瓷球相比，原料成本最少可降低三分之一。

　　4.2配方

　　传统的氧化铝陶瓷，一般是利用CaO-Al2O3-SiO2或MgO-Al2O3-SiO2体系烧成。

但有资料报道，利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系烧成，降温效果更好。

本实验研究的目的是利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系烧成，形成了多元低共熔物,从而降低产品的烧成温度。

　　废料的引入不仅降低了原料成本，而且因辊棒废料中含有ZrO2，它与CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系一起够成了五元体系或多元体系，进一步降低了烧成温度；另外，ZrO2也起到一定的增韧作用，使产品的磨耗有所下降。

　　MgO在高温下会与Al2O3反应，形成镁铝尖晶石（MgO?

Al2O3），可以阻碍Al2O3晶粒的迅速长大，使气体可以充分排出，从而获得细晶、致密的产品，增强产品的耐磨性。

但MgO的加入量不能过大，否则，会由于MgO的蒸发，使表面与内部晶粒发育不均匀，反而增大瓷球的磨耗。

又如，TiO2是促进Al23陶瓷烧结的常用外加剂。

有资料表明：

在Al2O3陶瓷中加入0.5%～1.0%的TiO2，可使烧结温度降低100～150℃[5]。

此外，实验表明：

分别加入含B2O3ZnO、MnO、Li2O、BaO等成分的原料，在烧成过程中与Al2O3成玻璃相或固溶体，降温效果也很好。

但当引入的TiO2量较多时，必须严格控制烧成气氛，否则产品容易泛黄。

　　5市场前景[6]

　　随着陶瓷厂家对瓷球质量的要求越来越高，中铝球由于价廉而质不优，其市场前景不容乐观。

事实也说明，很多瓷球厂家正准备向高档次的产品看齐。

就江西来说，已有不少厂家准备改用等静压成形，生产高档次瓷球。

　　高铝球的销路十分乐观，但由于氧化铝粉原料昂贵，其生产受到很大的限制。

据统计，纯氧化铝原料价格在

　　5000元/t以上、加工成本近2500元/t甚至更高，加上运费等其它费用，生产成本近8000元/t。

而高铝球（含铝92%）目前的市场价只有8000元/t左右，因此利润空间很小。

　　中高铝瓷球，其性能比中铝球好且接近高铝球，并且价格适中，很受厂家的青睐。

目前，市场上的中铝瓷球多使用铝矾土为原料，产品不仅磨耗大，而且颜色也偏黄。

本实验所研究的瓷球，颜色为白色、比重约3.4、烧成温度在1350～1400℃之间、磨耗达到了行业标准。

产品经过多次小试和中试，该配方已在佛山市的一家瓷球厂投产一年多，效果良好。

　　6结论

（1）本文研究了利用工业废料来生产白色中高铝瓷球，不仅降低了生产成本，还有利于环境保护；

（2）实验利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系烧成瓷球，降低了烧成温度；

　　（3）本实验产品主晶相为刚玉、莫来石，其白度、吸水率和磨耗等性能达到行业标准；

　　（4）质优价廉的白色中高铝瓷球市场前景乐观。

　　参考文献

　　1刘康时等.陶瓷工艺原理[M].广州:

华南理工大学出版社,1997

　　2李世普.特种陶瓷工艺学[M].武汉:

武汉理工大学出版社,1990

　　3宋杰光，吴柏麟，钟莲云.用辊棒废料制备中铝瓷球的烧结机理研究[J].现代技术陶瓷，2004（4）：

3～6

　　4蔡晓峰.氧化铝陶瓷的低温烧结技术[J].佛山陶瓷，2003（11）：

1～3

　　5苗赫濯.Al2O3陶瓷生产工艺中的若干问题[J].真空电子技术，2002（3）：

1～5

　　6刘永先.我国氧化铝瓷球的生产现状及市场前景[J].陶瓷，2000

（1）：

18～20