1、低成本生产白色中高铝瓷球低成本生产白色中高铝瓷球 摘要本文针对目前市场上纯氧化铝粉原料价格昂贵的问题，研究了利用工业废料制备白色中高铝瓷球的工艺，不仅大大降低了生产成本，而且有利于环境保护。 关键词氧化铝瓷球，磨损率，密度，市场前景 1前言 研磨介质是用来对原材料进行粉碎和加工的一种介质，主要为球状或圆柱状等。目前我国市场上所售的研磨介质主要包括氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等系列。氧化铝瓷球由于其合适的硬度、密度，耐磨、耐腐蚀、价格低等优点，以及可避免金属球的金属杂质引入，被广泛应用于白色水泥、矿物、陶瓷、电子材料、磁性材料以及涂料、油漆等行业的原材料的粉磨和加工，是一种性能优良的研磨介质。
2、 虽然氧化铝瓷球有着优良的性能，但氧化铝粉价格上涨较快，目前仍居高不下,而激烈的市场竞争又使得氧化铝瓷球的价格一降再降,所以寻求低价格原料是目前生产氧化铝瓷球亟待解决的问题。 2实验 2.1 原 料 氧化铝主要由辊棒废料和其它工业废料引入,再加以高岭土、方解石、烧滑石等作为辅助原料，以达到降低烧成温度的目的。实验主要原料的化学成分如表1所示；实验配方的化学组成见表2。 2.2 实验过程 为了提高实验的准确性和可靠性，本实验采用与工业生产相同的工艺。先将原料、分散剂（水玻璃或三聚磷酸钠等）和粘结剂（CMC或PVA）按一定比例混合，放进球磨罐内，以料:球:水=1:2:1球磨48h，烘干浆料，研细过
3、40目筛；把造粒后的粉料装进橡胶模具，然后用湿袋法等静压成形，压力为70MPa、保压时间为60s。将成形后的瓷球放进硅钼炉进行常压烧结，烧结温度1360、保温2h，然后自然冷却。实验工艺过程如图1所示；烧成曲线见图2。 2.3 性能测试方法 测试瓷球的吸水率、磨损率和比重，以表征瓷球的烧结情况和性能。 2.3.1 瓷球吸水率的测定 实验以吸水率来表征瓷球的烧结情况，其计算公式如下： N =(W1 -W0)/W0100%（1） 式中： N 瓷球的吸水率（100%） W0 瓷球在空气中的干重 W1 瓷球在沸水中煮2h后的重量 2.3.2 瓷球磨损率的测试 根据JC/T848.1-1999，把4kg
4、同规格的瓷球与4kg水在不外加料的情况下先自磨2h，然后将瓷球烘干，再自磨24h，转速为80r/min。瓷球磨损率的计算公式如式（2）： EWT=4.1710-4D（M1-M2）/M1 （2） 式中： M1 磨皮2h后的干重 M2 磨24h后的干重 D 瓷球的平均直径 EWT 瓷球的磨损率 2.3.3 瓷球比重（密度）的测试 本实验利用排水法测定比重。其计算公式为： =(m1 1) /(m3-m2)（3） 式中： 1 水的密度 m1 样品在空气中的质量 m2 样品在水中的质量 m3 样品吸饱水后的质量 3实验结果 3.1 样品的性能测试 样品的性能测试结果如表3所示。 3.2 样品的x射线衍射
5、分析 样品的x射线衍射图如图3所示。 由图3看出，样品的主晶相为刚玉、莫来石，还有钙长石、镁铝尖晶石和斜锆石等晶相。 4结果讨论 4.1 原 料 随着自然资源的日益短缺，氧化铝粉由原来的2000元/t左右飞速上涨到现在的5000元/t以上，这无疑大大增加了瓷球或者氧化铝陶瓷的生产成本。因此，寻求低价格的原料是今后工业发展的方向。 本试验所用的辊棒废料和其它工业废料（包括边角料等）来源丰富、价格低廉，与用纯氧化铝生产瓷球相比，原料成本最少可降低三分之一。 4.2 配 方 传统的氧化铝陶瓷，一般是利用CaO-Al2O3-SiO2或MgO-Al2O3-SiO2体系烧成。但有资料报道，利用CaO-Mg
6、O-Al2O3-SiO2体系烧成，降温效果更好。本实验研究的目的是利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系烧成，形成了多元低共熔物,从而降低产品的烧成温度。 废料的引入不仅降低了原料成本，而且因辊棒废料中含有ZrO2，它与CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系一起够成了五元体系或多元体系，进一步降低了烧成温度；另外，ZrO2也起到一定的增韧作用，使产品的磨耗有所下降。 MgO在高温下会与Al2O3反应，形成镁铝尖晶石（MgO?Al2O3），可以阻碍Al2O3晶粒的迅速长大，使气体可以充分排出，从而获得细晶、致密的产品，增强产品的耐磨性。但MgO的加入量不能过大，否则，会由于MgO的蒸发，
7、使表面与内部晶粒发育不均匀，反而增大瓷球的磨耗。又如，TiO2是促进Al23陶瓷烧结的常用外加剂。有资料表明：在Al2O3陶瓷中加入0.5%1.0%的TiO2，可使烧结温度降低1001505。此外，实验表明：分别加入含B2O3ZnO、MnO、Li2O、BaO等成分的原料，在烧成过程中与Al2O3成玻璃相或固溶体，降温效果也很好。但当引入的TiO2量较多时，必须严格控制烧成气氛，否则产品容易泛黄。 5市场前景6 随着陶瓷厂家对瓷球质量的要求越来越高，中铝球由于价廉而质不优，其市场前景不容乐观。事实也说明，很多瓷球厂家正准备向高档次的产品看齐。就江西来说，已有不少厂家准备改用等静压成形，生产高档次
8、瓷球。 高铝球的销路十分乐观，但由于氧化铝粉原料昂贵，其生产受到很大的限制。据统计，纯氧化铝原料价格在 5 000元/t以上、加工成本近2 500元/t甚至更高，加上运费等其它费用，生产成本近8000元/t。而高铝球（含铝92%）目前的市场价只有8000元/t左右，因此利润空间很小。 中高铝瓷球，其性能比中铝球好且接近高铝球，并且价格适中，很受厂家的青睐。目前，市场上的中铝瓷球多使用铝矾土为原料，产品不仅磨耗大，而且颜色也偏黄。本实验所研究的瓷球，颜色为白色、比重约3.4、烧成温度在13501400之间、磨耗达到了行业标准。产品经过多次小试和中试，该配方已在佛山市的一家瓷球厂投产一年多，效果良
9、好。 6结论 （1） 本文研究了利用工业废料来生产白色中高铝瓷球，不仅降低了生产成本，还有利于环境保护； （2） 实验利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系烧成瓷球，降低了烧成温度； （3） 本实验产品主晶相为刚玉、莫来石，其白度、吸水率和磨耗等性能达到行业标准； （4） 质优价廉的白色中高铝瓷球市场前景乐观。 参考文献 1 刘康时等.陶瓷工艺原理M.广州:华南理工大学出版社,1997 2 李世普.特种陶瓷工艺学M.武汉:武汉理工大学出版社,1990 3 宋杰光，吴柏麟，钟莲云.用辊棒废料制备中铝瓷球的烧结机理研究J.现代技术陶瓷，2004（4）：36 4 蔡晓峰.氧化铝陶瓷的低温烧结技术J.佛山陶瓷，2003（11）：13 5 苗赫濯.Al2O3陶瓷生产工艺中的若干问题J.真空电子技术，2002（3）：15 6 刘永先.我国氧化铝瓷球的生产现状及市场前景J.陶瓷，2000（1）：1820
