陶瓷研磨球簡介

陶瓷研磨球是一種主要用在球磨機中進行原材料粉碎研磨的重要工程陶瓷，其具有高硬度、適中密度、耐磨、耐腐蝕以及無金屬雜質污染等重要優勢在建筑衛生陶瓷、水泥、礦山、電子材料、磁性材料、油漆、化妝品、食品、制藥等工業中廣泛使用。

中高鋁陶瓷研磨球因為其雜質含量相對較多，燒結溫度偏低，密度硬度等性能相對較低，其在使用過程中較容易出現多樣的變形問題。陶瓷研磨球的變形給應用端帶來很大的不良影響。主要表現為變形陶瓷球在球磨機內的運動流場性變差，球與球的點對點接觸碰撞摩擦概率嚴重下降，其物料球磨效率嚴重下降。應用端遇到此種情況，通常處理措施是將球磨機清倉并

重新按級配換新的研磨球，如此將造成很大的人力物力浪費。

中高鋁陶瓷研磨球產生多面體變形的原因

研磨球燒結不充分→研磨球內部密度不均勻→研磨過程中研磨球多面體變形：

當等徑的半成品球隨機堆積在一起進行燒結,由于接觸點處熱量向相鄰球體的分流,導致接觸點及接觸點附近區域溫度低于等徑球面上其他點的溫度。

圖(b)以球心截面上4個接觸點為例給出常見陶瓷研磨球的燒結傳熱示意圖,可以看到,B點的溫度低于等徑面上的其他點,與內部的 A 點溫度相同。一般來說，燒結過程中溫度越高硬度也越高。 如圖c所示，可以明顯看到高硬度區(藍色富集區)、中硬度區(綠色富集區)和低硬度區(紅色富集區)，呈現出鼓包結構。

用該未燒透的研磨球產品進行研磨，會發生如圖d所示現象。

因為內部密度不均勻，隨著研磨球逐漸研磨縮小，研磨鋒面還沒接觸到未燒熟區域時，研磨球的表面仍是硬度高、耐磨性很好的致密結構，將保持球形。當研磨鋒面接觸到未燒熟區域的外圍鼓包結構時，研磨球的表面由耐磨性很好的燒熟區域和耐磨性差的未燒熟區域組成，此后耐磨性差的未燒熟鼓包區域將被加速研磨侵蝕，呈現出凹坑結構。這就是出現中高鋁陶瓷研磨球多面體變形的原因。

解決辦法是對研磨球進行再燒結直至充分燒結，在充分燒結后球面截心的硬度如e所示，可以看到此時整個截面的硬度基本上達到了初始球的表面硬度，實現了研磨球內部硬度均勻。如此，就不會出現研磨球多面體變形的問題了。

然而，因為氧化鋁熔點高達2050℃，所以使氧化鋁陶瓷研磨球充分燒結就需要特別高的溫度。持續的高溫燒結需要消耗大量的高質量燃料以及使用的昂貴耐火材料作為窯爐和窯具，這大大提升了燒結成本；為了降低成本，降低充分燒結的溫度是一個可行的選擇。下面介紹三種降低充分燒結溫度的方法。

降低充分燒結溫度的方法

1.通過降低氧化鋁粉體的顆粒直徑降低充分燒結溫度

基于表面張力作用原理，采用粒度小、比表面積大、表面活性高的氧化鋁細晶為原料可以顯著降低氧化鋁陶瓷的充分燒結溫度; 氧化鋁粉體的顆粒越細，燒結溫度越低。如表1所示

較為成熟的制造超細高純氧化鋁粉體的方法是溶膠-凝膠法。目前此法大致有以下三種工藝流程：

（1）形成金屬有機絡合物溶膠→水解并縮合成含羧基的三度空間高分子結構→溶膠蒸發脫水成凝膠→低溫煅燒成活性氧化物粉料。

（2）含有不同金屬離子的鹽溶液和有機膠混合成溶液→溶膠蒸發脫水成凝膠→低溫煅燒成粉體。

（3）含有不同金屬離子的溶膠直接淬火、沉積或加熱成凝膠→低溫煅燒成粉體。

采用上述方法制成的超細氧化鋁粉體作原料能將氧化鋁瓷的充分燒結溫度降低150-300℃。

2.采用特殊燒結工藝降低充分燒結溫度

目前主要采用的低溫燒結工藝包括熱壓燒結、熱等靜壓燒結、微波加熱燒結、微波等離子體燒結以及放電等離子體燒結等，可以起到降低燒結溫度的作用，同時，真空燒結、氫氣氛燒結等是實現氧化鋁瓷低溫燒結的有效輔助手段。舉個例子，在常壓下進行充分燒結須達到1800℃以上的高溫，而采用熱壓燒結法后，熱壓20MPa燒結則只需要燒至1500℃左右，而HIP（400MPa）燒結，在1000℃左右的較低溫度下就可以進行充分燒結了。

3.添加燒結助劑降低充分燒結溫度

采用不同的設計配方，在原料中引入添加劑，通過不同的作用機理實現氧化鋁陶瓷的低溫充分燒結，主要的添加劑有：

①與 Al2O3 低溫生成液相的添加劑，這類添加劑的化學成份主要有Si02、CaO、MgO、SrO、Bao等。

②與Al2O3晶體形成新項或生成固溶體的添加劑，這類添加劑是一些與氧化鋁晶格常數相接近的氧化物，如TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2等。

根據添加劑陽離子的不同，作用機理也不同，主要是：與氧化鋁形成固溶體、燒結過程中形成低共熔體系、燒結過程中與氧化鋁生成新相、原料中含有低熔點的玻璃相。

結論

研磨球燒結不充分是產生研磨球多面體變形的主要原因。因為燒結不充分導致球體內部硬度不均勻，進行研磨時等徑球面較軟的部分被研磨侵蝕速度更快，較硬的部分被研磨侵蝕的速度較慢，造成了多面體形變的現象。欲使研磨球燒結充分需要較高的燃料成本以及昂貴的耐火材料，所以進行低溫燒結較為理想的降低成本的方法。目前降低燒結溫度的方法有：降低氧化鋁粉體的顆粒直徑、采用特殊燒結工藝、添加燒結助劑。

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