【氧化铝】陶瓷研磨体为何选用微晶氧化铝陶瓷

    陶瓷研磨体为何选用微晶氧化铝陶瓷

■王峰 尹方勇

氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，它是以氧化铝刚玉为主体的陶瓷材料，具有较好的传导性、机械强度和耐高温性。高纯型氧化铝陶瓷al2o3含量在99．9%以上，其烧结温度高达1650℃~1990℃。普通型氧化铝陶瓷系按al2o3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时al2o3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中，99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等。95、92氧化铝瓷主要用作陶瓷研磨体等耐腐蚀、耐磨部件。85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，有的用作电真空装置器件。

将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料，粉体粒度在1μm以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品，除氧化铝纯度在99．99%外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，一般为重量比在10%～30%的热塑性塑胶或树脂，有机粘结剂应与氧化铝粉体在150℃～200℃温度下均匀混合，以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理，使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性，便于成型中自动充填模壁。此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加1%～2%的润滑剂，如硬脂酸及粘结剂pva。

欲干压成型时，需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。上海某研究所开发了一种水溶性石蜡用作al2o3喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散、流动角摩擦温度小于30℃、颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。氧化铝陶瓷干压成型方法有单轴向或双向，压机有液压式、机械式两种，可呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为200mpa，产量每分钟可达15～50件。

干压过程中，粉体颗粒均匀分布对模具充填非常重要，充填量准确与否对制造的氧化铝陶瓷零件尺寸精度控制影响很大。粉体颗粒以大于60μm、介于60～200目之间，可获最大自由流动效果，取得最好压力成型效果。

将颗粒状陶瓷坯体致密化并形成固体材料的技术方法叫烧结。烧结即将坯体内颗粒间空洞排除，将少量气体及杂质有机物排除，使颗粒之间相互生长结合，经过合理的热工制度控制，形成以刚玉为主的微晶陶瓷结构。

微晶氧化铝陶瓷研磨体具有如下特点，特别适合水泥球磨机应用技术的要求。

1.硬度大：经中科院上海硅酸盐研究所测定，其洛氏硬度为hra80～90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。

2.耐磨性能极好：经中南大学粉末冶金研究所测定，其耐磨性相当于锰钢的266倍、高铬铸铁的171.5倍。根据客户跟踪调查，在同等水泥粉磨工况下，可至少延长研磨体使用寿命10倍以上。

3.重量轻：其密度为3.6～3.8g/cm3，仅为钢铁的一半，可大大减轻设备负荷。

4.主要技术指标如下：

氧化铝陶瓷含量≥92%

密度≥3.6g/cm3

洛氏硬度≥80hra

抗压强度≥850mpa

断裂韧性kιc≥4.8mpa·m1/2

抗弯强度≥290mpa

导热系数20w/m·k

热膨胀系数7.2×10-6m/m·k

5.发展趋势：氧化铝陶瓷作为先进陶瓷中应用最广的一种材料，伴随着整个行业的发展呈现以下趋势。

（1）技术装备水平将快速提高：计算机技术和数字化控制技术的发展，促进了先进陶瓷材料工业的技术进步和快速发展。如自动控制连续烧结窑炉、大功率大容量研磨设备、高性能制粉造粒设备、等净压成型设备等先进的成套设备，有力地推动了行业整体水平的提高，同时，在生产效率、产品质量等方面也都有明显改善。

（2）产品质量水平不断提高：国内微晶氧化铝陶瓷制品从无到有，产业规模从小到大，产品质量从低到较高，经历了一个快速发展的历程。

产业规模将迅速扩大：微晶氧化铝陶瓷制品作为其他行业或领域的基础材料，受到其他行业发展水平的影响和限制。从氧化铝陶瓷的应用情况看，其应用范围越来越宽，用量越来越大，特别是在新型干法生产中的水泥粉磨系统和建筑陶瓷方面尤为显著。

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