CN1309680C - 低温烧结复相耐磨陶瓷材料 - Google Patents
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Abstract
本发明低温烧结复相耐磨陶瓷材料，其化学重量百分组成为：SiO2 25.0～45.00%、Al2O3 45.00～70.00%、MgO 0.95～3.35%、KNaO 1.50～4.50%、ZrO2 1.50～6.00%、余量为常规杂质；其配料重量百分组成为：氧化铝20.00～60.00%、长石5.00～25.00%、粘土25.00～60.00%、复合改性添加剂3.00～15.00。本发明组成中氧化铝含量远低于传统氧化铝结构陶瓷中氧化铝含量，产品晶体结构中形成了细小、均匀分布的刚玉和莫来石晶相网络，具有优良的耐磨性能和坯体抗弯强度，性能适中，又成本低，制备工艺简单易行，便于普及推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的耐磨陶瓷材料，为工程陶瓷，属于无机耐磨材料。
背景技术
随着国内外工业的迅速发展和新型陶瓷材料的不断创新，新型耐磨陶瓷材料以其优良的性能使之在工业设备及管道上的应用越来越广泛，通过对普通金属材料的替代，使设备的使用寿命、连续生产能力等方面都有了极大的提高。现在国内外工程陶瓷领域的耐磨陶瓷部件多为氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等材质，虽然性能优良但制作工艺复杂，价格昂贵。目前，国内外尚无一种价格适中且各项性能优良的低成本耐磨陶瓷材料，来满足市场不同层次的要求。许多设备往往是金属部件等已经损坏，而象刚玉、氧化锆陶瓷等无机非金属耐磨陶瓷部件还完好无损，造成了极大的浪费。国外许多企业已认识到这一问题，在研制开发低成本结构陶瓷材料，但目前也多局限于氧化铝、ZTA(氧化锆增韧氧化铝)、氧化锆等材料，就目前市场上国外产品的价格来看，大大超出国内同类产品的价格。国内的许多企业虽然也在生产一些耐磨陶瓷材料，但其性能价格比始终没有达到较好的水平。
由于氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等材质的耐磨陶瓷材料的生产成本和销售价格都较高，中、小企业难以承受，因此耐磨陶瓷材料的普及率不高。同时，现在国内生产的耐磨陶瓷材料除了具备较好的耐磨性能外，还同时具有高的强度和硬度。而绝大多数工业设备中的耐磨部件对耐磨性能以外的其他性能要求并不高，造成性能上的浪费和产品成本及价格居高不下，影响了新材料的推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种成本低，价格低，耐磨性好，性能适中，易于普及推广的低温烧结复相耐磨陶瓷材料。
本发明所述的低温烧结复相耐磨陶瓷材料，其化学重量百分组成为：SiO2 25.0～45.00％、Al2O3 45.00～70.00％、MgO 0.95～3.35％、KNaO 1.50～4.50％、ZrO2 1.50～6.00％、余量为常规杂质。
优选的化学重量百分组成为：SiO2 30.00～40.00％、Al2O3 50.00～65.00％、MgO 1～2％、KNaO 2.00～4.00％、ZrO2 2.00～5.00％、余量为常规杂质。
杂质为矿物组份不可避免要带入的成分，自然是越少越好，也就是说原料越纯越好。
其配料重量百分组成为：
氧化铝20.00～60.00％、长石5.00～25.00％、粘土25.00～60.00％、复合改性添加剂3.00～15.00。
优选的配料重量百分组成为：
氧化铝25.00～45.00％、长石10.00～20.00％、粘土35.00～50.00％、复合改性添加剂3.00～10.00。
粘土可以由几种配合使用，以改善生产工艺性能。
其中：
复合改性添加剂的化学重量百分组成为：SiO2 40.0～50.00％、MgO 10.00～20.00％、ZrO2 30.00～45.00％、余量为常规杂质。选用的配料重量百分组成为：滑石40.00～50.00％、硅酸锆50.00～60.00％。
本发明耐磨陶瓷材料，是以刚玉晶相为主，以莫来石晶相为辅的耐磨网络结构。
本发明耐磨陶瓷材料的生产工艺流程同传统氧化铝结构陶瓷基本相同，复合添加剂细度要求粒径小于10μm的粉料占90％以上为宜，其它原料按比例称量入磨，入磨粒度过12目筛，湿法研磨细度至粒径小于5μm的粉料占90％以上；
以压力注浆、粉料压制、塑性成型等工艺技术成型坯体，经常压烧结后，根据制品用途要求情况进行相应的精细冷加工。
本发明组成中氧化铝含量为20.00～60.00％wt，远小于传统氧化铝结构陶瓷中氧化铝的含量75～99％wt，同时，由于适量液相和复合改性添加剂的带入，使产品晶体结构中形成微晶细晶均匀分布(产品晶相组成为：刚玉晶相、莫来石晶相)，达到增强、增韧的效果。因此，本发明与传统氧化铝结构陶瓷相比，原料成本低，烧成成本低(本发明烧成温度在1290～1320℃，传统氧化铝结构陶瓷烧成温度在1600℃左右)，成型工艺简单易行，与此同时，本发明又具有传统氧化铝结构陶瓷相当的耐磨性能和坯体抗弯强度。本发明与传统氧化铝结构陶瓷配料重量百分组成(示性矿物组成wt％)比较见表1。
表1、各配方组成(示性矿物组成wt％)比较
本发明同现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明从传统氧化铝结构陶瓷很少涉足的产品化学组分中氧化铝含量40.00～75.00％wt入手，通过一系列系统试验，寻找适宜的组成情况。由于适量溶剂和复合改性添加剂的带入，使本发明耐磨材料既有较低的原料、加工成本，又具有优良的耐磨性能和坯体抗弯强度。其具体耐磨机理为：在产品晶体结构中形成细小的、均匀分布的刚玉和莫来石晶相，形成以刚玉晶相为主的耐磨网络，同时，复合改性添加剂中的有效成分又达到了增韧的效果，因此，本发明与传统氧化铝结构陶瓷相比，耐磨效果和抗弯强度相当，但成本却不到其一半。本发明与从市场购买的1#、2#、3#高铝耐磨球石进行了理化性能对比，效果明显，本发明产品性能远优于其它的同类产品。性能指标见表2。
表2 本发明与高铝球石的理化性能比较
注：a.采用相同研磨条件，球石平均直径在15~20mm，四种球石直径相近。
b.它磨损率采用粗石英作研磨剂。
C、95高铝球、85高铝球指氧化铝的百分含量。
2、本发明由于配料组成中添加了25.00～60.00％wt的粘土，因此本发明的泥浆工艺性能良好，泥料可塑性能良好，可适应各种成型工艺。本发明具有良好的工艺性能，如成型性能好，烧成范围宽，产品规整度高等，因此本发明难度小，易于规模化生产，具有很强的可操作性，易于实现产业化生产，便于普及推广。
3、本发明添加有复合改性添加剂，使产品烧结温度降低到1300℃左右，比普通氧化铝陶瓷的烧结温度低150～250℃，节能效果显著。
4、本发明原料来源丰富，稳定可靠，生产成本低，更加便于推广实施。
附图说明
图1、本发明低成本烧结复相耐磨陶瓷材料制备工艺方框流程图。
图2、本发明复合改性添加剂制备工艺方框流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明低成本烧结复相耐磨陶瓷材料的几个实施例组成情况见表3、表4。
制备工艺：
原料粉碎：复合添加剂粉料粒径小于10μm的粉料占90％以上，各种原料按比例称量入磨(入磨过12目筛)，湿法研磨细度至粒径小于5μm粉料占90％以上，出磨后过筛除铁，喷雾干燥，压制成型，间歇式窑炉1290℃～1320℃烧成。
(下页续)
表3 本发明耐磨陶瓷材料配料重量百分组成及相应的化学重量百分组成(％wt)
表4 本发明耐磨陶瓷材料配料重量百分组成及相应的化学重量百分组成(％wt)
其中复合改性添加剂的的组成情况见表5。
表5 复合改性添加剂的配料重量百分组成及相应的化学重量百分组成(％wt)
实施例主要性能指标见表6。
表6 实施例的主要性能指标
实施例试验所用原料的化学重量百分组成见表7。
表7 各原料化学重量百分组成
Claims (8)
1、一种低温烧结复相耐磨陶瓷材料，其特征在于化学重量百分组成为：SiO225.0～45.00％、Al2O3 45.00～70.00％、MgO 0.95～3.35％、KNaO 1.50～4.50％、ZrO21.50～6.00％、余量为常规杂质。
2、根据权利要求1所述的耐磨陶瓷材料，其特征在于化学重量百分组成为：SiO230.00～40.00％、Al2O3 50.00～65.00％、MgO 1～2％、KNaO 2.00～4.00％、ZrO2 2.00～5.00％、余量为常规杂质。
3、根据权利要求1所述的耐磨陶瓷材料，其特征在于其配料重量百分组成为：
氧化铝20.00～60.00％、长石5.00～25.00％、粘土25.00～60.00％、复合改性添加剂3.00～15.00，其中，复合改性添加剂的化学重量百分组成为：SiO2 40.0～50.00％、MgO10.00～20.00％、ZrO2 30.00～45.00％、余量为常规杂质。
4、根据权利要求2所述的耐磨陶瓷材料，其特征在于其配料重量百分组成为：
氧化铝25.00～45.00％、长石10.00～20.00％、粘土35.00～50.00％、复合改性添加剂3.00～10.00，其中，复合改性添加剂的化学重量百分组成为：SiO2 40.0～50.00％、MgO 10.00～20.00％、ZrO2 30.00～45.00％、余量为常规杂质。
5、根据权利要求3或4所述的耐磨陶瓷材料，其特征在于复合改性添加剂的配料重量百分组成为：滑石40.00～50.00％、硅酸锆50.00～60.00％。
6、根据权利要求1所述的耐磨陶瓷材料，其特征在于以刚玉晶相为主，以莫来石晶相为辅的耐磨网络结构。
7、根据权利要求5所述的耐磨陶瓷材料，其特征在于复合改性添加剂配料细度要求粒径小于10μm的粉料占90％以上。
8、根据权利要求7所述的耐磨陶瓷材料，其特征在于各种原料按比例称量入磨，湿法研磨细度要求为粒径小于5μm的粉料占90％以上。
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| ZRO2-SIO2-AL2O3系复相陶瓷制备及其耐磨性试验研究 刘福田等，陶瓷工程，第2001卷第6期 2001 * |
| ZRO2-SIO2-AL2O3系复相陶瓷制备及其耐磨性试验研究 刘福田等，陶瓷工程，第2001卷第6期 2001;抗菌建筑陶瓷研制 项金钟等，云南大学学报(自然科学版)，第2002卷第1期 2002 * |
| 抗菌建筑陶瓷研制 项金钟等，云南大学学报(自然科学版)，第2002卷第1期 2002 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1472164A (zh) | 2004-02-04 |
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