硅酸锆陶瓷喷砂珠的制作方法

专利名称：：硅酸锆陶瓷喷砂珠的制作方法硅酸锆陶瓷喷砂珠
技术领域：
-本发明涉及一种硅酸锆陶瓷喷砂珠，具体的说是一种价格便宜、能消除内应力，用于强化金属或塑胶工件表面处理的硅酸锆陶瓷喷砂珠。
背景技术：
：金属和塑胶工件表面处理的方法、设备和工艺是众所周知的，即利用已有的喷砂机产生高压气流推动喷砂介质，将喷砂介质喷射到各种工件或塑胶件上，起到消除内应力、强化并美观表面等作用。主要应用于以下行业及领域1、金属加工对模具的清瑪、各种金属件消除内应力表面强化处理、各种精密铸造件的表面去毛刺等。2、各种饰材如表链、高尔夫球具、手机外壳、各种门锁表面处理、不锈钢餐具的表面处理、不锈钢及钛合金医疗器械的表面处理、电器外壳塑胶表面处理等。3、特种行业飞机外壳铝型材、飞机叶片、风力发电机叶片的消除内应力表面强化、汽车摩托车发动机外壳、铝合金轮毂处理、军工枪械消除应力表面处理、航天器材工件表面强化处理等。在大多数情况下，这些设备和方法根据工件或材料的不同使用喷砂直径不是很大，例如在0至1.18mm范围内。总而言之，为了满足现代工业的需要，作为表面处理消除内应力，这些喷砂必须具有下列性质--定的力学冲击强度(弹性)——较强的磨削性——较小的粒度直径——高密度——高韧性(不宜破碎)——使用时没有粉尘""一可收集重复使用(降低成本)目前在市场上可发现有限几种消除内应力强化表面处理或只能对表面美观处理的喷丸-——玻璃珠喷砂——不锈钢喷砂——钢丝切丸喷砂——塑料颗粒喷砂——刚玉质喷砂——核桃壳喷砂例l:玻璃珠喷砂是已知的，采用天然矿石(石英砂)制成。首先要将矿石粉碎，加工成粉料，然后根据玻璃成分，制成配料，送入玻璃熔窑进行熔化，形成玻璃液相，然后形成玻璃料股，料股经每分钟200次剪切成珠坯，经分球板拨动，分别滚入不同的漏斗，然后落到由三个旋转方向相同的辊筒所构成的成珠槽中。球坯在辊筒上旋转及其自身的表面张力作用下，逐渐形成光滑完整的玻璃珠。玻璃珠喷砂因其原料造价低廉、有明显的优越性、制作工艺简单被广泛使用。可是，随着人们生活条件的改善，但也出现了对高强度、高比重、高韧性及高弹性喷砂的需求。玻璃珠喷砂的比重只有2.492.55，Si02含量高、韧性差、容易破碎，用户使用同时会产生很大粉尘，不能满足现代环保要求。因自身比重轻的缺陷，喷射的力量不够，所以不能满足现代商品制造的需要。例2:不锈钢喷砂和钢丝切丸喷砂也是已知的。它比重高(7.85)、韧性好，喷射力量大，生产制作简单。它解决了玻璃珠喷砂喷射力量不够这个问题，但因为下面的原因，它还是不能解决特种商品制造的实际问题。——比重太高——反弹性差——产生氧化物(生锈、污染加工件)——需要配套大功率空压机和喷砂机(高能耗)——工作时产生噪声大例3:塑料颗粒喷砂也是新型喷砂，比重轻，操作简单，造价便宜，是玻璃球喷砂在某些加工件方面的替代品，对普通塑胶制品表面处理很有帮助。但也有以下不足，不能满足现代特种商品制造的需要。——比重轻——反弹性差——强度低——粒度大(对工件撞击点少、覆盖面小)——不能收集重复使用例4:核桃颗粒喷砂也是近年新型产品，造价低廉。利用废弃的食用核桃外壳，粉碎加工筛分成的各种粒度喷砂。因比重轻、强度低、韧性好、自身内含油质成分，对木质器件表面抛光方面是其它喷砂无法相比的，有着独特的作用。例5:刚玉质喷砂也出现很长时间。是采用A1203(工业氧化铝)熔融再结晶，破碎、筛分成各种粒度号。因它有很好的中性比重(3.63.8)和优越的硬度(莫氏硬度8.3)、粒度形状多棱角及特殊的剥削能力，解决了普通粗制金属加工件表面的去锈、去毛刺、抛光等。同时与喷砂机配合操作，对工件人工用砂纸磨擦不到的地方起到很好的作用，提高了生产效率。但因为下面的原因使它还是有使用局限，不能满足某些领域工件的需要。——韧性差——粒度特殊(多棱角)——剥削性强——不能收集重复使用(累计使用成本高)综合以上例子分析，不难看出，现有的喷砂材料各有其优点和特性，也是好的喷砂介质。例l:比重轻(2.492.55)强度高韧性差、喷射速度力量小、容易破碎、使用粉尘大不符合环保要求、使用量大工人劳动强度大、不能回收重复使用。但成本低适合低档工件的表面处理。例2:比重大(7.'8)强度髙韧性好、喷射速度力量大、不宜破碎、易产生氧化物(铁锈)污染工件表面。但可以回收重复使用。例34有同样的特性比重轻于例1玻璃球喷砂(小于1)、反弹性差、粒度大(对工件撞击点少、覆盖面小)、不能回收重复使用。例5:比重(3.85)介于例1和例2之间。强度高、韧性差、粒度多棱角、剥削性强，是表面去锈抛光的理想材料，不能回收重复使用。另外，现有的熔融陶瓷球及其制作方法是以知的，如中国专利公告号为CN1050589C的发明专利公开了一种熔融陶瓷球及其用途，公开的熔融陶瓷球含盖了大范围的Zr02-Hf02-Si02组合物，附加氧化物^03、Ce02，有很好的耐磨性能，可以作为高端的研磨与分散介质使用。但因其使用YA和Ce02作稳定剂，价格昂贵，在喷砂行业有局限性，不被喷砂市场接受。
发明内容本发明的目的就是为了提供一种价格便宜、能消除内应力，强化金属或塑胶工件表面处理的硅酸锆陶瓷喷砂珠。本发明是这样实现的硅酸锆陶瓷喷砂珠，具有下面的化学组成，是用重量百分数表示(基于氧化物的重量计算)5080%的Zr02和Hf02;至少有.'-种Al,A或Ca()，A:1,A(存在吋)占组合物的0.5'15%，Ca()(存在卩寸)占组合物的11()%，AlA和Ca()总虽占32(Fo;当组合物中不含CaO时，Si02的量占组合物的1545%，当组合物中含CaO时，Si02的量占组合物的1045%。本发明涉及的主要化学成分为Zr02、Hf02、Si02、A1203、CaO。事实上Zr02-Hf02总所周知，因为ZrO冲存在少量的具有类似性质的不能从Zr02中化学分离的Hf02。锆英砂(硅酸锆石)中含有Si02，价格优先，也可用已知的石英砂代替。A1203(工业氧化铝)是原矿石冶炼提纯的氧化物，价格优先。CaO可以用碳酸钙代替，碳酸钙是一种自然矿石，价格便宜。当使用CaO作为稳定剂时，使其有更好的稳定性，其用量至少占3%，但不可超过l(m，超过109f)的CaO足够将所有的硅酸锆转变为立方相，导致内部结构不稳定，硬度增加、韧性降低、容易破碎。过多的Ca0不会进一步提高力学强度，并且会出现其他的不需要的相。当仅追求高强度的硅酸锆喷砂珠时，Ca0是优选的氧化物，因为它比A1203便宜。A1203作为稳定剂(存在时)至少占5%。当使用Al2(M乍为稳定剂时，使产品有更好的韧性，其用量至少占5%，但不可超过10%，超过10%的人1203足够将所有的硅酸锆转变为立方相。内部结构不稳定，硬度降低、韧性提高、容易破碎，过多的Ah03并不一定能达到理想的希望值。当没有CaO时，为制备合适强度的硅酸锆喷砂珠，至少需要29%的Si02。当存在CaO时，Si02的量可降至少26呢，当然，这是根据CaO的量确定的。为了保持有合适的玻璃相，增加其硬度，SiO2不能超过30呢。为制得高比重硅酸锆喷砂珠，至少需要50%的Zr02，因Zr02与其在高温融化结晶后，密度提高，比重也随之提高，但也不能过高，过高的Zr02会使其内部结构变性，超过85y。Zr02的组合物，比重*达到6.1;硬度高、韧性差、容易破碎。根据我们所希望的值只允许有不超过70%的Zr02D根据本发明硅酸锆喷砂珠优选方案组合物大部分可从天然的锆英砂(主要成份为ZrSi04)中取得，还含有其它的稀土氧化物，采用的天然锆英砂经化学分析含有Zr0265%Si0232%还有大于1%的其他伴生氧化物更进一步的方案是所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠还含有至少一种下列氧化物，这些其它的氧化物总量不超过组合物重量的5%，——Na20，使Na20/Si02重量比00.03，——MgO,使Mg0/Si02重量比00.06。更进一步的方案是所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠直径为01.18mm。更进一步的方案是所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠含Al^而不含CaO。稳定剂Al203和/或CaO的添加，改变了熔融材料的状态，使得调配合理的组合物更容易融化和稳定。在Zr02—Si02—Al203jZr02_Si02_CaO系统的固化的硅酸锆喷砂珠中，AU)3或CaO分布在晶体Zr02和Si02之间。Zr02主要是四方相，有时是立方相，这由引入的Al203或CaO含量决定。未结合到硅酸锆陶瓷喷砂珠中Al203和CaO部分返回到玻璃态硅酸盐相中，它同样对韧性和力学硬度有好的作用。总而言之，在制作生产硅酸锆喷砂珠时，合理添加Al203或CaO使下面情况成为可能——比重合理(3.73.9)——密度大'——韧性合适(不宜破碎、降低粉尘)——粒度超细(喷射撞击点多、覆盖面大)——可回收重复使用由于硅酸锆陶瓷喷砂珠具有的上述性质，因此在金属材料和塑胶材料加工过程中，可以用作消除内应力、强化金属表面处理的喷砂介质。具体实施方式:下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。实施例1:按照不同的Zr02(+Hf02)—Si02—AU)3配方比例制作出的各种硅酸锆陶瓷喷砂珠的性质分析测试，得测试结果如表l。表1不同Zr02(+Hf02)—Si02—Al203配方硅酸锆陶瓷喷砂珠产品的化学分析测试表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>6.5%的三种配方(序号5、6、7)的硅酸锆陶瓷喷砂珠具有较强的优越性。从比重来看，序号6产品的比重3.9表现的最为优越及合理。过多的增加A1A的量，会降低喷砂珠的比重，同时还会降低其耐压强度。添加Ab03时，序号6为优选实施例。实施例2:按照不同的Zr02(+Hf02)—Si02—CaO配方比例制作出的各种硅酸锆陶瓷喷砂珠的性质分析测试，得测试结果如表2。表2不同Zr02(+Hf02)—Si02—Ca0配方硅酸锆陶瓷喷砂珠产品的化学分析测试表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>从表2对比组合物的性质，可以看出Ca02含量为5.5%的配方(序号11)具有一定的合理性，是好的陶瓷喷砂珠。本发明优选序号6或序号11配方的硅酸锆陶瓷喷砂珠。由于合理的添加A1203，使得含有Si02玻璃相，粘度过大的陶瓷熔液惊喜的改变，提高成品率。单从粒度成型来看，Al203在配料中不能大于10%,反之成品率降低，甚至是废品。本发明从粒度成型和成品率考虑，序号6是优先选择。但本发明的保护范围不仅限于上述配方。与迄今为止所知道的喷砂介质相比，这种硅酸锆陶瓷喷砂珠具有明显的优势，而这些使得本发明的硅酸锆陶瓷喷砂珠在表面处理和消除内应力、强化金属表面、美饰表面的应用中显的与众不同。本发明的球是常规方法进行制造的。由上述氧化物或它们的前体组成的起始配合料可在电弧炉、高频炉或其它适合的熔化装置中熔化。一条细的熔融物料流被高压风喷吹分成小的颗粒，在表面张力、突于冷空气、急冷作用下，变成微珠。再经过精细筛分、抛光。这样可制得直径为01.18rnm的硅酸锆喷砂珠。也可用本领域熟练技术人员熟悉的任何其它喷射熔融物料的方法来完成。下面我们采用几种方法来测试硅酸锆陶瓷喷砂珠的独特性。首先选用同一型号的喷砂机，同样的空气压力，设置同样的喷射距离，同样的加工件，粒度型号相同的砂料，不同的喷砂介质对多种工件作处理，看有什么变化？加工件设定为木制的高档家具——核桃壳喷砂在高压空气力的作用下，有序的对工件形成撞击，10秒钟后，检査工件表面，有光亮，非常漂亮，砂料不能再用。——塑料颗粒喷砂在高压空气力的作用下，有序的对工件形成撞击，10秒钟后，检査工件表面，没有光亮，还可以，砂料可以再用。——玻璃珠喷砂有序的对工件撞击，10秒钟后，检査工件表面，出现了凹凸不平的麻点'。砂料可以再用。——不锈钢和钢丝切丸喷砂对工件撞击，10秒钟后，检査工件表面，出现很深的撞伤，少量砂料己进入工件木料内。砂料可以再用。——硅酸锆陶瓷喷砂对工件撞击，10秒钟后，检查工件表面，出现略深凹凸不平的麻点，砂料可以再用。加工件设定为不锈钢或钛合金材料的器械——核桃壳喷砂和塑料颗粒喷砂采用同样的方法对它撞击，10秒钟后，检査工件表面，几乎没有任何变化，砂料全部变形。——玻璃珠喷砂对工件撞击，IO秒钟后检查工件表面，出现微亚光现象，夹带一丝亮光。砂料65%破碎不能再使用。——不锈钢或钢丝切丸喷砂对工件撞击，10秒钟后检查工件表面，出现凹凸不平的麻点，没有亮光和亚光，砂料可以使用。——刚玉质喷砂对工件撞击，10秒钟后检查工件表面，没有亚光和亮光，整体磨削去一层。砂料污染不能回收使用。^硅酸锆陶瓷喷砂珠对工件撞击，10秒钟后检査工件表面，完全亚光、很平整，效果非常明显。砂料没有破碎可以再使用。通过两种不同材质工件的表面处理，可以看的出不同喷砂介质对不同工件的特殊功效。从动力学说，一样的推动力，推动颗粒直径一样、比重不同的物体，会产生不一样的速度和撞击力。由于固体砂料表面形状不一样，在推动力的作用下，喷射中与空气介质的磨擦力也是不一样的。核桃壳喷砂——不规则菱形刚玉质喷砂——不规则多棱形不锈钢铸造喷砂——规则元珠钢丝切丸喷砂——规则段状玻璃珠喷砂——规则元珠硅酸锆喷砂珠——规则元珠。采用常见的家用防盗门在喷漆以前进行表面去锈处理——核桃壳喷砂和塑胶颗粒喷砂对它进行10秒种表面处理，基本是没有作用的。——玻璃珠喷砂对工件进行10秒钟的撞击处理，工件金属氧化物(铁锈)去掉60%,砂料破碎50%，浪费严重。——不锈钢和钢丝切丸对工件进行IO秒钟的撞击处理，工件金属氧化物去掉90%，表面出现高低不平的麻点，表现为不太适用。一一刚玉质喷砂对工件进行10秒种的撞击处理，工件金属氧化物去掉100%，表面光亮，因它有独特的剥削性，效果非常明显。——硅酸锆陶瓷喷砂珠对工件进行IO秒种的撞击处理，工件金属氧化物去掉75%，不理想。电梯内装饰材料不锈钢板材进行条纹或亚光处理(板材厚度设定为0.75mm):■~~已知的核桃壳喷砂和塑料颗粒喷砂基本没有作用，可以排除。——刚玉质喷砂对工件进行10秒种的撞击处理，出现条纹但没有亚光。——不锈钢喷砂对工件进行10秒种的撞击处理，没有出现条纹和亚光，表面凹凸不平，——玻璃珠喷砂对工件进行10秒种的撞击处理，条纹出现，有亚光但伴有为划痕。(因喷砂珠破碎)——硅酸锆陶瓷喷砂对工件进行10秒钟的撞击处理，条纹清晰，很漂亮的亚光出现。(没有破碎喷砂珠)通过对比可以看出，各种喷砂介质的存在都有它的合理性，合适的喷砂对合适的加工件作处理，才有理想的效果。本发明的硅酸锆陶瓷喷砂珠，显示出了它对某些领域工件处理的特殊性。权利要求1、一种硅酸锆陶瓷喷砂珠，其特征在于具有下面的化学组成，用基于氧化物的重量计算的重量百分数表示为50～80％的ZrO2和HfO2；0.5～15％的Al2O3和/或1～10％的CaO，Al2O3和CaO总量占3～20％；当组合物中不含CaO时，SiO2的量占组合物的15～45％，当组合物中含CaO时，SiO2的量占组合物的10～45％。2、根据权利要求1所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠，其特征在于所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠中Zr02和Hf02的含量大于64%，而Si02的含量大于26%。3、根据权利要求1所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠，其特征在于所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠还含有至少一种下列氧化物，这些其它的氧化物总量不超过组合物重量的5%，:——Na20，使Na20/Si02重量比00.03——MgO，使MgO/SiO2重量比00.06。4、根据权利要求1所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠，其特征在于所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠直径为01.18腿。5、根据权利要求1的硅酸锆陶瓷喷砂珠，其特征在于所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠含Ah03而不含CaO。6、根据权利要求1的硅酸锆陶瓷喷砂珠，其特征在于所述的硅酸锆陶瓷喷砂珠作用是在金属材料和塑胶材料加工过程中，用作消除内应力、强化金属表面处理的喷砂介质。全文摘要本发明涉及一种价格便宜、能消除内应力，用于强化金属或塑胶工件表面处理的硅酸锆陶瓷喷砂珠。具有下面的化学组成，用基于氧化物的重量计算的重量百分数表示为含有50～80％的ZrO₂和HfO₂；0.5～15％的Al₂O₃和/或1～10％的CaO，Al₂O₃和CaO总量占3～20％；当组合物中不含CaO时，SiO₂的量占组合物的15～45％，当组合物中含CaO时，SiO₂的量占组合物的10～45％。本发明的硅酸锆陶瓷喷砂珠由于具有价格低廉、比重合理、密度大、粒度超细、可以循环利用等优点，在金属和塑胶工件表面处理等领域有很强的推广应用前景。文档编号C04B35/48GK101219895SQ20081004523公开日2008年7月16日申请日期2008年1月22日优先权日2008年1月22日发明者王恩远申请人:王恩远