以鋁礬土為原料制備高檔瓷球的研究

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1、以鋁礬土為原料制備高檔瓷球的研究摘要本文針對目前精細(xì)氧化鋁陶瓷存在的性能和價格矛盾，利用中國豐富的天然鋁礬土礦物為主要原料，選用優(yōu)化的工藝流程，并添加少量的其它助劑，制備出顏色白、性能高的研磨介質(zhì)。所制得的產(chǎn)品具有顏色白、性能高、燒成溫度低、耗能少、資源消耗少、生產(chǎn)成本低等特點，減少了環(huán)境污染，實現(xiàn)了鋁礬土的高附加值應(yīng)用和高性能陶瓷的低成本制造，具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞鋁礬土，瓷球，高性能，低成本1刖目我國鋁土礦資源儲量豐富，保冇儲量為22.88億噸，主要分布在山兩、貴州、河南、廣西、山東五省，儲

2、量達(dá)21.16億噸，占全國總儲量的92.48%［1］。目前，世界已探明鋁土資源儲量約360億噸，中國儲量約23億噸，居世界第五位［2］。我國作為建筑衛(wèi)生陶瓷第一生產(chǎn)大國，對研磨介質(zhì)的需求量巨大。但我國生產(chǎn)的研磨介質(zhì)質(zhì)量與國外還有較大差距，普遍存在生產(chǎn)成本高、磨損率高、掉渣、開裂、破碎、能耗大等問題，高端產(chǎn)品仍被H本、英國、美國、西班牙等國占據(jù)。目前，歐美發(fā)達(dá)國家己經(jīng)普遍采用體積密度為3.5g/cm3以上的釉用高鋁球用于坯料研磨，從而大大提高了研磨效率、縮短研磨時間、降低生產(chǎn)成本、大幅度提高設(shè)備的生產(chǎn)

3、能力和效率、減少對研磨物料的污染，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率［3］。2試驗2.1試驗原料和瓷球的制備以中國北方某地的天然鋁土礦(化學(xué)成分見表1)為主要原料，經(jīng)破碎后按料:球:水(wt%)=kl.5:1.2的比例在以剛玉球為研磨介質(zhì)的球磨罐中球磨48h,然后在100°C下烘干24h。將鋁礬土與助熔劑在Ca0-Mg0-A1203-Si02體系屮配料，制備出含75%A1203的瓷球(化學(xué)成分見表1)。將已球磨48h的鋁礬土和高嶺土與天然礦物助熔劑CaC03、燒滑石以及三聚磷酸鈉等按適當(dāng)比例配料，在85M

4、Pa壓力下成形球坯，分別在1200°C、1230°C、1250°C、1280°C、1300°C下燒成，制備試驗用瓷球。2.2瓷球的性能測定采用LS-POP(III)歐美克粒度分析儀測試原料的粒度分布。根據(jù)國標(biāo)GB/T3810.3-1999測試瓷球的吸水率，按(1)式計算。根據(jù)阿基米德原理測試瓷球的體積密度，按(2)式計算。w=(ml-mO)/mOXlOO%(1)P=m0P水/(m2-m0)(2)其中，m0、ml、m2分別為瓷球干燥時、浸水飽和后以及浸在水中時的質(zhì)量，單位為g。P和P水分別為瓷球和測試

5、溫度下水的體積密度，單位為g/cm3o耐磨性是衡量瓷球質(zhì)量好壞的一項重要指標(biāo)，瓷球的耐磨性與自身材料的力學(xué)性能和顯微結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，即與其內(nèi)部因素有關(guān)，而瓷球耐磨性的好壞，又通過磨損率來表征［4］。本試驗以市售建陶行業(yè)用75氧化鋁瓷球為對比樣。將自制瓷球與對比樣瓷球同時放入同一球磨罐中，加入適量的水對磨一定時間，取出、烘干、稱重，按公式(3)計算瓷球的磨損率：(m3-m4)/tm3X100%(3)其中：a一一瓷球的磨損率m3和m4分別為資球磨損前、后的質(zhì)量，單位gt一一球磨時間，單位h。3結(jié)果與

6、討論3.1瓷球的性能經(jīng)粒度測試得配料混合球磨后的平均粒徑為547nmo瓷球的各項性能如表2所示。對比市售的標(biāo)準(zhǔn)75球磨耗：0.1119%/h,密度：3.1355g/cm3；在最佳燒成溫度1250°C時，瓷球體積密度為3.42g/cm3,磨損率為0.048%/h,顯然自制瓷球的性能指標(biāo)大大高于市售的標(biāo)準(zhǔn)75球。3.2瓷球的物相分析采用日木理學(xué)RigakuD/MAX2500V型X射線衍射儀(XRD)分析瓷球的相組成。由圖1可以看出，CaO-MgO系瓷球的主晶相為剛玉，次晶相為轉(zhuǎn)長石、鎂鋁尖晶石和莫來石；

7、由于在9⑻°C以下配料中的高嶺土脫水生成偏高嶺石，至900°C以上，偏高嶺石分解成游離A1203與Si02,至1050?1200°C時，坯體屮的A1203和Si02開始結(jié)晶為莫來石，其反應(yīng)方程式為：3A1203+3Si02-3A12O3?2SiO2+Si02從圖1可以看出，Mg系瓷球還有鎂鋁尖晶石生成，對瓷球的性能起到優(yōu)化作用。3.3瓷球的顯微結(jié)構(gòu)分析采用H本JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察瓷球的顯微形貌。瓷球斷面的電鏡圖表明，制備的瓷球具有細(xì)小的晶粒尺寸、致密的結(jié)構(gòu)、氣孔率低、氣

8、孔尺寸小等特點，正因為具備以上特點，瓷球具有較好的耐磨性。平均粒徑在lum以下，晶粒有大有小，最大力3nm，最小為0.2um,小晶粒比例高，且形狀規(guī)則，冇圓形和板狀晶粒，表明了在燒結(jié)過程屮液相量出現(xiàn)較多，晶體熔解較強(qiáng)烈，高溫狀態(tài)時，熔體粒度較大，不易成棱角分明的晶體，同時也抑制了晶粒的長大；而熔體冷卻時，形成玻璃相或包于晶粒表面?；痤w粒起到一個骨架作用，并在一定程度上也阻礙著晶粒的長大，高粘度的熔體及“骨架”的阻礙雙重作用，有力地細(xì)化了陶瓷晶粒。通過細(xì)化晶粒，提高了瓷