[發(fā)明專利]制備大尺寸陶瓷磨球的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010203439.6
• 申請(qǐng)日: 2008-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN101857443A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李飛;駱兵;何博;周洪;孫寶德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/624
• 分類號(hào): C04B35/624
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

本發(fā)明是申請(qǐng)?zhí)枺?00810038834.6，發(fā)明名稱：制備大尺寸陶瓷磨球的方法和成型用模具，申請(qǐng)人：上海交通大學(xué)，申請(qǐng)日：2008年6月12日的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種研磨介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是一種制備大尺寸陶瓷磨球的方法。

背景技術(shù)

陶瓷磨球因具備高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫、耐磨和耐蝕等優(yōu)異特性，作為研磨介質(zhì)被廣泛應(yīng)用于陶瓷、電子、建材、鋼鐵冶金等相關(guān)領(lǐng)域。現(xiàn)有的作為研磨介質(zhì)的陶瓷球主要采用兩種工藝制備，工藝之一是采用冷等靜壓工藝，該工藝雖然可以成型高質(zhì)量的陶瓷球，但是缺點(diǎn)是對(duì)于設(shè)備成本要求高、生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，性價(jià)比較低；工藝之二是采用滾球成型工藝，一般是將超細(xì)粉體原料泥漿擠出切斷造粒，然后滾動(dòng)成型，該工藝的缺點(diǎn)是所需設(shè)備多，一次性投入較大，操作方法復(fù)雜，且由于種球的顆粒度大小不一，所以陶瓷球的粒徑差別較大，從而使該方法只適于制備直徑小于8mm的小球，不適于制備尺寸超過1cm的大尺寸磨球。隨著陶瓷技術(shù)的發(fā)展，有研究者采用凝膠注模工藝成型了陶瓷球。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利《制備陶瓷小球的方法和裝置》(申請(qǐng)?zhí)枺?2125221.1)中，該專利公開了采用膠態(tài)成型制備陶瓷球的方法。該方法是將加入引發(fā)劑的懸浮體注入能夠調(diào)節(jié)直徑的漏斗，從漏斗滴下液態(tài)小球進(jìn)入加熱的液體油性介質(zhì)，形成陶瓷小球，小球的直徑通過調(diào)節(jié)漏斗的直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。該方法的缺點(diǎn)也是只能成型毫米級(jí)甚至尺寸更小的陶瓷球。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上技術(shù)的不足，提出了一種制備大尺寸陶瓷磨球的方法。本發(fā)明方法適用于成型各種材質(zhì)的陶瓷磨球，所述的大尺寸陶瓷磨球?yàn)樘沾赡デ虻某叽绶秶鸀?-1000毫米，例如氧化鋯、氧化鋁、氮化硅等大尺寸陶瓷磨球。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明所涉及的制備大尺寸陶瓷磨球的方法，具體為：采用的粉體主要為微米級(jí)陶瓷粉，通過凝膠注模成型工藝制得陶瓷磨球。首先，配制凝膠注模用單體溶液，在單體溶液中加入陶瓷粉體和分散劑，球磨混合均勻得到穩(wěn)定的漿料，加入催化劑和引發(fā)劑后，抽真空除去混合在漿料中的空氣，然后將漿料澆注到帶有多個(gè)球形模腔的模具中，保溫至單體與交聯(lián)劑完全反應(yīng)，得到陶瓷磨球素坯，脫模后，將素坯烘干、燒結(jié)，即得到陶瓷磨球。

本發(fā)明方法包括如下步驟：

第一步，配制凝膠注模用單體溶液，以丙烯酰胺為單體，以N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，以聚丙烯酰胺或檸檬酸銨作為分散劑，以去離子水為分散介質(zhì)，混合成為單體溶液。

所述單體溶液，其各成分的質(zhì)量百分比為：?jiǎn)误w5％-15％，交聯(lián)劑0.25％-1.5％，分散劑0.4％-4％，分散介質(zhì)94.35％-79.5％。

第二步，將陶瓷粉加到第一步中得到的單體溶液中，通過球磨將各成分混合均勻，得到穩(wěn)定的漿料。

所述陶瓷粉，其粒徑范圍為0.1微米-100微米。

所述漿料，其各成分的質(zhì)量百分比為：陶瓷粉40％-90％，單體溶液10％-60％。

第三步，在第二步中得到的漿料中加入過硫酸銨和四甲基乙二胺分別作為引發(fā)劑和催化劑，將漿料進(jìn)行攪拌混合，同時(shí)抽真空除去漿料中的空氣，待氣泡基本消失后，從帶有多個(gè)球形模腔的模具的澆口澆入，直到漿料從模具的冒口出來，即可轉(zhuǎn)移到烘箱中，在60℃-80℃下保溫，直到漿料中的單體與交聯(lián)劑聚合形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，即可將模具連同里面的磨球素坯在室溫下自然冷卻，然后脫模，得到陶瓷磨球素坯。將素坯干燥，得到質(zhì)地堅(jiān)硬，且無裂紋陶瓷磨球素坯。

所述引發(fā)劑的加入量為0.05％-0.2％，催化劑的加入量為0.05％-0.2％(均相對(duì)于第二步中漿料的重量百分比)。

所述將素坯干燥，是指：將素坯在濕度為85％以上空氣中于常溫干燥，直到素坯體積恒定。然后將素坯分別在40、60、80和100℃條件下于空氣中再干燥，每個(gè)溫度條件下干燥時(shí)間為2-4小時(shí)。

第四步，將第三步中所得的陶瓷磨球進(jìn)行燒結(jié)，根據(jù)陶瓷材料的不同，選擇不同的燒結(jié)氣氛和燒結(jié)溫度。對(duì)于氧化鋯類的陶瓷磨球，燒結(jié)溫度為1500-1750℃，氣氛為空氣；對(duì)于氧化鋁類磨球，燒結(jié)溫度為1100-1400℃，氣氛為空氣；對(duì)于氮化硅類磨球，燒結(jié)溫度為1450℃，燒結(jié)氣氛為氮?dú)狻＝?jīng)過燒結(jié)之后，即得到可用于作為磨介的陶瓷磨球。

所述氧化鋯類陶瓷磨球，采用的粉體原料主要為氧化釔或氧化鈰或氧化鎂穩(wěn)定的氧化鋯粉體；所述氧化鋁類磨球，采用的粉體原料主要為α-氧化鋁；所述氮化硅類磨球，采用的粉體原料主要是硅粉。