我国铝土矿资源储量丰富, 保有储量为22.88亿吨。主要分布在山西、贵州、河南、广西、山东五省区, 储量21.16亿吨, 占全国总储量的92.48%。目前, 世界已探明铝土资源储量约360亿吨, 中国23亿吨约居世界第五位。 目前国内主要的中高铝瓷球是K2O-Na2O-Al2O3-SiO2体系, 少量添加了CaO和MgO, 其烧成温度较低, 磨耗业较好, 本文主要研究了以铝矾土孰料为主要原料, 外加高岭土、粘土、烧滑石、工业CaCO3、三聚磷酸钠等熔剂。保持Al2O3和SiO2含量不变, 变化不同比例的CaO和MgO, 对比其烧成温度、密度和磨耗。 铝矾土熟料破碎后按照料∶球∶水=1∶3∶1.5的比例装入刚玉罐中球磨48h, 然后烘干备用。其它熔剂按照选定的配料点配料, 变化CaO和MgO比例为:1∶1, 1.5∶1, 1∶1.5, 与铝矾土混合球磨24小时, 烘干备用。 把处理好的配料装入弹性磨具内, 分别采用川西机器厂冷等静压成形机 (LDJ 100/320-500) 进行等静压成形, 成形压力为85MPa, 保压时间为180s。将成形后的瓷球放入硅钼炉进行常压烧结, 达到烧结温度后保温100min, 然后随炉冷却。
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。
其中, m0、m1、m2分别为瓷球干燥时、浸水饱和后以及浸在水中时的质量, g。ρ和ρ水分别为瓷球和测试温度下水的体积密度单位g/cm3。 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, 又是通过磨损率来表征。以国内外建陶行业用国际最高水平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:
其中a为瓷球的磨损率, m3和m4分别为瓷球磨损前、后的质量单位g。t为球磨时间单位h。 另外, 根据排水法测定瓷球的密度, 利用德国BRUKER公司D8 ADVANCE型X射线衍射仪对瓷球烧结体进行XRD物相分析。
2.1瓷球性能
2.2 瓷球X射线衍射分析 (XRD)通过瓷球的X射线衍射 (xrd) 分析, 从图1中可以看出, 1#主晶相是刚玉、镁铝尖晶石和CaAl2SiO4, 从图2中可以看出, 2#主晶相为刚玉和钙长石,从图3中可以看出, 3#主晶相为刚玉和镁铝尖晶石。
瓷球断面的电镜 (图4-6) 图表明, 制备的瓷球细小的晶粒尺寸、致密的结构, 气孔率低、气孔尺寸小, 使瓷球具有较好的耐磨性。平均粒径在1um, 晶粒有大有小, 最大有3um, 最小有0.2um, 小晶粒比例高, 且形状规则, 有圆形和板状晶粒。说明在烧结过程中液相量出现较多, 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。大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, 提高了瓷球的耐磨性, 增大了瓷球的密度, 有利于提高瓷球的性能。 3.1以铝矾土矿物, 在一定的工艺条件下, 可制备出结构致密均匀、耐磨性好的白色研磨介质。 3.2随着CaO含量降低、MgO含量的升高, 瓷球烧成温度升高, 密度相近, 磨耗降低。
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