以铝矾土为原料制备高档瓷球的研究

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1、以铝矾土为原料制备高档瓷球的研究摘要本文针对目前精细氧化铝陶瓷存在的性能和价格矛盾，利用中国丰富的天然铝矾土矿物为主要原料，选用优化的工艺流程，并添加少量的其它助剂，制备出颜色白、性能高的研磨介质。所制得的产品具有颜色白、性能高、烧成温度低、耗能少、资源消耗少、生产成本低等特点，减少了环境污染，实现了铝矾土的高附加值应用和高性能陶瓷的低成本制造，具有广阔的应用前景。关键词铝矾土，瓷球，高性能，低成本1刖目我国铝土矿资源储量丰富，保冇储量为22.88亿吨，主要分布在山两、贵州、河南、广西、山东五省，储

2、量达21.16亿吨，占全国总储量的92.48%［1］。目前，世界已探明铝土资源储量约360亿吨，中国储量约23亿吨，居世界第五位［2］。我国作为建筑卫生陶瓷第一生产大国，对研磨介质的需求量巨大。但我国生产的研磨介质质量与国外还有较大差距，普遍存在生产成本高、磨损率高、掉渣、开裂、破碎、能耗大等问题，高端产品仍被H本、英国、美国、西班牙等国占据。目前，欧美发达国家己经普遍采用体积密度为3.5g/cm3以上的釉用高铝球用于坯料研磨，从而大大提高了研磨效率、缩短研磨时间、降低生产成本、大幅度提高设备的生产

3、能力和效率、减少对研磨物料的污染，并提高了产品质量和劳动生产率［3］。2试验2.1试验原料和瓷球的制备以中国北方某地的天然铝土矿(化学成分见表1)为主要原料，经破碎后按料:球:水(wt%)=kl.5:1.2的比例在以刚玉球为研磨介质的球磨罐中球磨48h,然后在100°C下烘干24h。将铝矾土与助熔剂在Ca0-Mg0-A1203-Si02体系屮配料，制备出含75%A1203的瓷球(化学成分见表1)。将已球磨48h的铝矾土和高岭土与天然矿物助熔剂CaC03、烧滑石以及三聚磷酸钠等按适当比例配料，在85M

4、Pa压力下成形球坯，分别在1200°C、1230°C、1250°C、1280°C、1300°C下烧成，制备试验用瓷球。2.2瓷球的性能测定采用LS-POP(III)欧美克粒度分析仪测试原料的粒度分布。根据国标GB/T3810.3-1999测试瓷球的吸水率，按(1)式计算。根据阿基米德原理测试瓷球的体积密度，按(2)式计算。w=(ml-mO)/mOXlOO%(1)P=m0P水/(m2-m0)(2)其中，m0、ml、m2分别为瓷球干燥时、浸水饱和后以及浸在水中时的质量，单位为g。P和P水分别为瓷球和测试

5、温度下水的体积密度，单位为g/cm3o耐磨性是衡量瓷球质量好坏的一项重要指标，瓷球的耐磨性与自身材料的力学性能和显微结构有着密切的关系，即与其内部因素有关，而瓷球耐磨性的好坏，又通过磨损率来表征［4］。本试验以市售建陶行业用75氧化铝瓷球为对比样。将自制瓷球与对比样瓷球同时放入同一球磨罐中，加入适量的水对磨一定时间，取出、烘干、称重，按公式(3)计算瓷球的磨损率：(m3-m4)/tm3X100%(3)其中：a一一瓷球的磨损率m3和m4分别为资球磨损前、后的质量，单位gt一一球磨时间，单位h。3结果与

6、讨论3.1瓷球的性能经粒度测试得配料混合球磨后的平均粒径为547nmo瓷球的各项性能如表2所示。对比市售的标准75球磨耗：0.1119%/h,密度：3.1355g/cm3；在最佳烧成温度1250°C时，瓷球体积密度为3.42g/cm3,磨损率为0.048%/h,显然自制瓷球的性能指标大大高于市售的标准75球。3.2瓷球的物相分析采用日木理学RigakuD/MAX2500V型X射线衍射仪(XRD)分析瓷球的相组成。由图1可以看出，CaO-MgO系瓷球的主晶相为刚玉，次晶相为轉长石、镁铝尖晶石和莫来石；

7、由于在9⑻°C以下配料中的高岭土脱水生成偏高岭石，至900°C以上，偏高岭石分解成游离A1203与Si02,至1050〜1200°C时，坯体屮的A1203和Si02开始结晶为莫来石，其反应方程式为：3A1203+3Si02-3A12O3?2SiO2+Si02从图1可以看出，Mg系瓷球还有镁铝尖晶石生成，对瓷球的性能起到优化作用。3.3瓷球的显微结构分析采用H本JSM-5610LV型扫描电子显微镜(SEM)观察瓷球的显微形貌。瓷球断面的电镜图表明，制备的瓷球具有细小的晶粒尺寸、致密的结构、气孔率低、气

8、孔尺寸小等特点，正因为具备以上特点，瓷球具有较好的耐磨性。平均粒径在lum以下，晶粒有大有小，最大力3nm，最小为0.2um,小晶粒比例高，且形状规则，冇圆形和板状晶粒，表明了在烧结过程屮液相量出现较多，晶体熔解较强烈，高温状态时，熔体粒度较大，不易成棱角分明的晶体，同时也抑制了晶粒的长大；而熔体冷却时，形成玻璃相或包于晶粒表面。火颗粒起到一个骨架作用，并在一定程度上也阻碍着晶粒的长大，高粘度的熔体及“骨架”的阻碍双重作用，有力地细化了陶瓷晶粒。通过细化晶粒，提高了瓷