氧化锆基纳米复相陶瓷磨介剪裁设计.pdfVIP

氧化锆基纳米复相陶瓷磨介剪裁设计 丁锐 常传平 马明川 (，山东理工大学材料科学与工程学院，淄博 255000；。东方锆业科技股份有限公司，汕头 515821) 摘 要 ：机械研磨是当前制备超细粉体最广泛使用的方法，但 目前市场上难 以找到与之配套使用的价格不太高、 耐磨性等综合性能好的磨介。本文在深入理解 TZP材料耐磨机理及其配方工艺技术的基础上，进行正确设计、裁剪、组 合 ．设计生产了质优价廉 、适用性强的氧化锆基纳米复相陶瓷磨介 ，它低廉的价格和超值 的质量将为非金属矿超细加 工行业的规模化发展 ，提供一个重要 的基础 。 关蕾词 ：陶瓷；研磨介质 ；氧化锆 ；纳米技术 新型功能陶瓷、结构陶瓷等新材料的主要原料一 材料应该具有广泛的应用场所，但是，目前的应用状况 般是高纯、超细粉体。在超细粉体制备技术领域研究 却远未发挥 出这类材料 向实用化方向迈进。 最活跃的是化学法和机械法 ，用化学法制备亚微米、 四方相氧化锆 (TZP)材料在所有的ZrOz相变增韧 纳米粉体的优点是可达到很高纯度，但其成本高，影 材料中，以其优越的室温强度、韧性和耐磨性为陶瓷界 响了其推广应用。机械法生产主要有搅拌球磨机、振 人士所瞩 目。20世纪90年代初，国内部分企业实现了 动磨和气流磨等设备 。气流磨 电耗太大、成本高、细度 在这一领域上的真正产业化，其锆质磨介和制品均达 受限而且污染环境，限制了其适用范围。我国制造的 到国际水平，为国内的超细粉体和有关高技术产业的 搅拌球磨机、振动磨机本身已达到国外先进水平，但 发展起到了重要推动作用。但是这类材料有其先天不 在磨介的选择上却长期存在难题。用YzO稳定的四方 足之处：(1)这种材料的显微结构设计对粉体料的要求 相氧化锆球 (Y—TZP)虽然磨耗较小，因其每吨售价 较高，对原料粉体的制备工艺要求苛刻，因而，TZP的 20万一30万元，一次性投入太高，影响了其作为主流 生产成本很高；(2)Y—TZP材料 自身的较大缺陷是在 工业产品的应用范围；另一种是氧化铝球，它比重轻， 100～400~C左右的温度区间内容易老化，导致强度退 效率低，磨耗大，对产品品质产生污染，也限制了其使 化，因此，该材料不适于在这样的温度条件下使用。 用。在国际上使用较多的超细粉体的研磨介质是锆英 国内外有关学者对于Y—TZP材料水热老化问题 石球，密度为3．7g·em～，锆质量分数在 50％左右。自 研究认为 ¨ 】：(1)在老化现象发生的同时，必然伴随 1994年开始一直从事这方面的研究和生产，直到2000 有四方相到单斜相的转变；(2)相变 由表面开始，随老 年才取得了一定成果，密度达到3．9g·em～，磨耗比 化时间延长、单斜量增多，并逐步向内部发展；(3)老化 铝球低得多，但仍不十分理想。在深入了解Y—TZP耐 最剧烈的温度是在 200—300~C之间；(4)水汽气氛加 磨机理的基础上，进行正确设计、剪裁、组合，使其扬 剧老化，且随蒸气压增大更为严重；(5)具有孤对电子 长避短。经过几年的攻关开发，终于 以铝球的成本生 的分子有与水汽同样的功能；(6)减小晶粒尺寸和增大 产出了锆球质量的磨介 zTc——氧化锆基纳米复相陶 稳定剂含量可降低老化速度；(7)在老化温度区间蠕变 瓷磨介 。 是非常突出的；(8)添加AIzO等化合物可以改善老化 性能；(9)材料细晶及玻璃相分布特点决定了它在高温 1 陶瓷耐磨性能的发展 下蠕变强烈，从而高温强度低。这些缺陷的存在大大地