微波介质陶瓷试验片的制备方法及其球磨机与流程

本发明涉及一种微波介质陶瓷试验片的制备方法，以及该方法所使用的球磨机。

背景技术：
微波介质陶瓷在过去三十几年得到了广泛的应用，大大促进了微波通信技术的发展。对(1-x)CaTiO3/xCa(Mg1/3Nb2/3)O3(简称CMNT)系列复合微波陶瓷来説，找到零频率温度系数(τf)相匹配的X值及其工艺条件是研究该类微波陶瓷的技术关键。浙江正原电气股份有限公司目前主要采用固相法制备CMNT，但需要1500℃高温条件，生产成本较高，物相不纯，出现焦绿石相，且微波介电性能较差。制得的MgNb2O6再加入CaCO3，得到Ca(Mg1/3Nb2/3)O3。再经过其它处理最后得到(1-x)CaTiO3/xCa(Mg1/3Nb2/3)O3，x不同取值的样品其微波介电性能不一，对其进行微波介电性能进行试验时需要大量的MgNb2O6，现有的制备方法没有进行颗粒筛选，颗粒较大会造成介电性能不稳定。因此，不同x的取值要经过大量繁琐的试验，试验的原料片需求量大。中国专利其公开号CN101967058A提供了“一种高Q值微波介质陶瓷及其制备方法”，属于微波介质陶瓷材料及其制造技术领域。陶瓷由MgNb2O6和ZnTa2O6复合而成。以MgO和Nb2O5为原料合成MgNb2O6，以ZnO和Ta2O5为原料合成ZnTa2O6，之后MgNb2O6与ZnTa2O6经过混合，加入PVA压制成型，在高温炉中烧结2～4小时制成微波介质陶瓷。本发明的微波介质陶瓷相对介电常数在29.7～31.4之间，Qf值在66280～67370之间，谐振频率温度系数可调；可广泛应用于各种介质谐振器、滤波器等微波器件的制造，满足移动通信、卫星通信等系统的技术需求。但是，上述的制备方法中对颗粒没有进行筛除，较大的颗粒会影响其介电性能。球磨机是物料被破碎之后，再进行研磨的关键设备。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料52555、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业。自动球磨机一般中大型企业的大批量生产，其具有使用方便和能够大批量生产的优点，但是当需要对小批量材料进行研磨时，如果利用自动球磨机进行工作会存在使用不便的问题。例如中国专利文献资料公开了球磨机[申请号201120170291.0；授权公告号：CN202122986U]，该球磨机包括支撑架，支撑架上转动安装有转轴，转轴倾斜安装，转轴外固定有转筒，转筒内放置有多个锆球，转筒的两端有开口且分别安装有端盖；转筒一端开口位置的下方设有筛斗，筛斗位于传送带上，传送带的另一端有料仓。转筒内的锆球随着转筒的旋转被带到一定高度，锆球由于自身重力下落，同时，多个锆球之间及锆球与转筒之间又有挤压力，使得转筒内的被研磨物质受到冲击、挤压及磨削三种力。但该种自动球磨机通过电机驱动转筒旋转，进行大批量的生产加工，若要进行小批量的生产加工则十分不便，同时小批量的材料放置在转筒内时，会使材料研磨不充分。

技术实现要素：
本发明的第一个目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种具有较好介电性能的微波介质陶瓷试验片的微波介质陶瓷试验片的制备方法。本发明还提供了能对上述原料方便进行球磨的球磨机。本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种微波介质陶瓷试验片的制备方法，该方法包括以下步骤：A、球磨混料：按照重量比1:1：0.5—1选取MgO、Nb2O5和酒精，将其放入普通的球磨罐中，然后再将锆球作为球磨介质放入球磨罐中，接着将球磨罐放入滚动球磨机上进行球磨作业，得到浆料；B、筛除、干燥：选用200或250或270筛目数的筛网对上述的浆料进行筛除，然后将筛除后的浆料置入70—90℃的容器中经2—4小时后干燥后，再将其放入1000—1400℃的普通工业预烧炉中经5—10分钟预烧，自然冷却后得到MgNb2O6粉末(MgNb2O6为白中带点微黄的粉末)；C、造料：将浓度为3—6％的聚乙烯醇溶液与MgNb2O6粉末按照重量比0.3—0.6：1混合后，通过普通的手工造粒方法得到粒料，然后将粒料过270筛目数的筛网，得到微波介质陶瓷粒料；D、成型：将微波介质陶瓷粒料以3—6Mpa压力压制为Φ25×12mm的标准圆柱体，得到微波介质陶瓷毛坯；E、热处理：采用700—1000℃的温度进行3—6小时烧结，自然冷却后得到微波介质陶瓷试验片；F、表面处理：通过抛光作业将微波介质陶瓷试验片表面进行打磨，去除微波介质陶瓷试验片表面的毛边毛刺。MgO微溶于水，所以不能水磨，放在球磨罐中湿磨后取出放入干燥盘中干燥，直到干燥好为止，然后用坩埚成放，随工业预烧炉预烧,冷却制得MgNb2O6。经压制后得到微波介质陶瓷毛坯。最后，经过表面处理后得到表面平整的微波介质陶瓷试验片。在上述的微波介质陶瓷试验片的制备方法中，所述的步骤A中球磨机以350—500r/min的转速球磨20—30小时；在上述的微波介质陶瓷试验片的制备方法中，所述的步骤D中采用普通的压力机对微波介质陶瓷粒料进行压制；在上述的微波介质陶瓷试验片的制备方法中，所述的步骤E中先将微波介质陶瓷毛坯升温速度保持在100—150℃/h，在800℃保温4小时后对微波介质陶瓷毛坯进行排塑处理。该步骤能去除粘接剂，即：聚乙烯醇溶液。在上述的微波介质陶瓷试验片的制备方法中，所述步骤E中的微波介质陶瓷毛坯进行排塑处理后对其进行烧结，烧结升温速度保持在150—210℃/h，经5小时烧结后随炉温自然冷却后得到微波介质陶瓷试验片。经烧结后得到形状固定的的微波介质陶瓷试验片，当然，它是圆柱状的。在上述的微波介质陶瓷试验片的制备方法中，所述的步骤F中人工采用1000目的砂纸对微波介质陶瓷试验片进行打磨。本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种球磨机，包括支架，其特征在于，所述球磨机还包括电机和内部为空腔且呈圆柱状的转筒，所述转筒两端均具有位于转筒轴线上的连接杆，所述连接杆的一端与所述转筒端部固连，所述连接杆另一端插设在所述支架上且连接杆能够转动，所述连接杆插设在支架上的一端端部处套设有轴承，所述电机和所述连接杆通过轴承相连，所述转筒内具有若干个锆球，所述锆球呈刺球状，所述锆球包括球体和尖刺，所述尖刺凸出所述球体位于所述球体的外壁上，所述转筒一侧侧壁上具有与转筒内部相连通的放料口，所述放料口上具有密封用的料盖，所述转筒另一侧侧壁上具有若干个出料口，所述每个出料口周边处连有呈圆筒状且与所述出料口相通的存料筒，所述放料口口径大于所述所述出料口口径。本球磨机可以方便的对小批量材料进行加工研磨，将需要加工的材料从放料口放入，然后用盖上料盖，启动电动机使连接杆带动转筒旋转，在此过程中，当转筒绕水平轴线以一定的转速回转时，装在筒内的加工材料和锆球在离心力和摩擦力的作用下，随着筒体达到一定的高度，当自身的重力大于离心力时，便脱离筒体内壁抛射下落或滚下，由于冲击力而击碎材料。同时在转筒转动过程中，材料和锆球相互间的滑动运动对加工材料也产生研磨作用。锆球呈刺球状，其外壁上具有多个尖刺，可以在转筒转动的过程中，对材料施加的冲击力更加强大，从而使材料更好的被加工，同时在与材料相互间的滑动运动中，也对研磨运动起到一定的帮助，最后关闭电机，磨碎后的材料通过出料口滑落在存料筒中，将存料筒卸下即可完成取料工作。本球磨机使用方便，不会造成加工好的粉末飞溅，由于锆球的特殊形状使被加工料研磨充分。在上述的一种球磨机中，所述放料口呈圆形且周边处具有向外延伸设置的环状固定部一，所述固定部一外侧壁具有外螺纹，所述料盖呈圆筒形且内侧壁上具有内螺纹。固定部一凸出转筒位于转筒的外壁上，放料时，通过放料口放入加工材料，然后通过螺纹连接将放料口密封。在实际生产中，固定部一外侧壁上可以是内螺纹，料盖内侧壁上可以是外螺纹。在上述的一种球磨机中，所述每个出料口周边处具有向外延伸的固定部二，所述固定部二外侧壁上具有外螺纹，所述存料筒一端为开口且该端的内壁上具有内螺纹，所述存料筒螺接于所述固定部二上。固定部二在出料口周边处凸出位于转筒的外侧壁上，通过外侧壁上的螺纹与存料筒螺接固定那个在一起，在实际生产中，固定部二外侧壁上可以是内螺纹，存料筒内侧壁上可以是外螺纹。在上述的一种球磨机中，所述尖刺呈圆台状，所述尖刺一端与所述球体固连且该端向外呈缩口状。由于锆球在本球磨机运行的过程中会与被加工材料进行剧烈的接触摩擦，造成锆球磨损是必不可免的，通过将尖刺加工呈圆台状，使锆球能够减少磨损，同时节约了材料。在上述的一种一种球磨机中，所述锆球的数量为3至10个，所述球体的直径为15mm至20mm，所述尖刺的长度为5mm至10mm。锆球的尺寸、球体的直径和尖刺的长度均可根据实际情况加工成相应的尺寸，经测试得出当锆球数量为3至10个，球体的直径为15mm至20mm，尖刺的长度为5mm至10mm时，球磨机的使用效果较好。在上述的一种球磨机中，所述料盖的外侧壁上具有沿所述料盖周向设置的防滑凸条，所述防滑凸条呈环状且均匀分布在所述料盖的外侧壁上。防滑凸条可以避免打滑现象的发生，在旋开料盖时能够具备足够的摩擦力，设计人性化，操作方便。在上述的一种球磨机中，所述锆球的最小长度均大于所述出料口口径和所述放料口口径。在转筒转动的过程中，由于锆球的最小长度均大于出料口口径和放料口口径，锆球不会掉进料盖和存料筒中从而使球磨机的使用效果变差，材料研磨不够充分，可以使锆球一直在转筒内滚动作用被加工材料。在上述的一种球磨机中，所述锆球采用5铬锰钼材料制成，所述转筒采用金属材料制成。5铬锰钼材料是钢材中耐磨系数较高的一种材料，用该种材料制成的锆球耐磨度高，使用寿命长，金属材料制成的转筒使转筒的硬度高，能够抵抗锆球和加工材料冲击转筒内壁。在上述的一种球磨机中，所述各个出料口呈等间距均匀分布，所述各个存料筒也呈等间距均匀分布。使球磨机在外观上整齐，外观美观，另外等间距均匀分布使转筒转动时，存料筒处受空气阻力分布较为均匀，转动省力。与现有技术相比，本微波介质陶瓷试验片的制备方法由于浆料经过筛选，而且微波介质陶瓷粒料也是经过筛选的，因此，它制备的微波介质陶瓷试验片介电性能良好。同时，本球磨机采用带有尖刺的锆球，使被加工材料研磨充分，研磨效果好。另外，本球磨机存料筒和转筒固连一起，不会造成研磨料飞溅浪费，取料方便。而且，球磨机通过转筒上的放料口和出料口即可实现被加工物的放入和研磨后的材料的取出，结构简单实用。附图说明图1是本球磨机结构示意图。图2是本球磨机中钢球的剖视图。图3是本球磨机转筒去除料盖和存料筒时的结构示意图。图中，1、电机；2、转筒；2a、放料口；2b、出料口；2c、固定部一；2d、固定部二；3、连接杆；4、钢球；4a、球体；4b、尖刺；5、料盖；6、存料筒。具体实施方式实施例一本微波介质陶瓷试验片的制备方法包括以下步骤：A、球磨混料：按照重量比1:1：0.5选取MgO、Nb2O5和酒精，将其放入普通的球磨罐中，然后再将锆球作为球磨介质放入球磨罐中，接着将球磨罐放入滚动球磨机上进行球磨作业，得到浆料；B、筛除、干燥：选用200筛目数的筛网对上述的浆料进行筛除。然后，将筛除后的浆料置入70℃的容器中经2小时后干燥后，再将其放入1000℃的普通工业预烧炉中经5分钟预烧，自然冷却后得到MgNb2O6粉末(MgNb2O6为白中带点微黄的粉末)。本实施例中，球磨机以350r/min的转速球磨20小时。C、造料：将浓度为3％的聚乙烯醇溶液与MgNb2O6粉末按照重量比0.3：1混合后，通过普通的手工造粒方法得到粒料，然后将粒料过270筛目数的筛网，得到微波介质陶瓷粒料；D、成型：将微波介质陶瓷粒料以3Mpa压力压制为Φ25×12mm的标准圆柱体，得到微波介质陶瓷毛坯。本实施例中，采用额定压力60T的压力机对微波介质陶瓷粒料进行压制。E、热处理：先将微波介质陶瓷毛坯升温速度保持在100℃/h，在800℃保温4小时后对微波介质陶瓷毛坯进行排塑处理。进行排塑处理后的微波介质陶瓷毛坯对其进行烧结，烧结升温速度保持在150℃/h，经5小时烧结后随炉温自然冷却后得到微波介质陶瓷试验片。F、表面处理：通过抛光作业将微波介质陶瓷试验片表面进行打磨，去除微波介质陶瓷试验片表面的毛边毛刺。本实施例中，人工采用1000目的砂纸对微波介质陶瓷试验片进行打磨。如图1、图2和图3所示，本球磨机包括支架，还包括电机1和内部为空腔且呈圆柱状的转筒2，转筒2两端均具有位于转筒2轴线上的连接杆3，连接杆3的一端与转筒2端部固连，连接杆3另一端插设在支架上且连接杆3能够转动，连接杆3插设在支架上的一端端部处套设有轴承，电机1和连接杆3通过轴承相连，转筒2内具有若干个钢球4，钢球4呈刺球状，钢球4包括球体4a和尖刺4b，尖刺4b凸出球体4a位于球体4a的外壁上，转筒2一侧侧壁上具有与转筒2内部相连通的放料口2a，放料口2a上具有密封用的料盖5，转筒2另一侧侧壁上具有若干个出料口2b，每个出料口2b周边处连有呈圆筒状且与出料口2b相通的存料筒6，放料口2a口径大于出料口2b口径。如图3所示，放料口2a呈圆形且周边处具有向外延伸设置的环状固定部一2c，固定部一2c外侧壁具有外螺纹，料盖5呈圆筒形且内侧壁上具有内螺纹。固定部一2c凸出转筒2位于转筒2的外壁上，放料时，通过放料口2a放入加工材料，然后通过螺纹连接将放料口2a密封。在实际生产中，固定部一2c外侧壁上可以是内螺纹，料盖5内侧壁上可以是外螺纹。每个出料口2b周边处具有向外延伸的固定部二2d，固定部二2d外侧壁上具有外螺纹，存料筒6一端为开口且该端的内壁上具有内螺纹，存料筒6螺接于固定部二2d上。固定部二2d在出料口2b周边处凸出位于转筒2的外侧壁上，通过外侧壁上的螺纹与存料筒6螺接固定那个在一起，在实际生产中，固定部二2d外侧壁上可以是内螺纹，存料筒6内侧壁上可以是外螺纹。本球磨机可以方便的对小批量材料进行加工研磨，将需要加工的材料从放料口2a放入，然后用盖上料盖5，启动电动机使连接杆3带动转筒2旋转，在此过程中，当转筒2绕水平轴线以一定的转速回转时，装在筒内的加工材料和钢球4在离心力和摩擦力的作用下，随着筒体达到一定的高度，当自身的重力大于离心力时，便脱离筒体内壁抛射下落或滚下，由于冲击力而击碎材料。同时在转筒2转动过程中，材料和钢球4相互间的滑动运动对加工材料也产生研磨作用。钢球4呈刺球状，其外壁上具有多个尖刺4b，可以在转筒2转动的过程中，对材料施加的冲击力更加强大，从而使材料更好的被加工，同时在与材料相互间的滑动运动中，也对研磨运动起到一定的帮助，最后关闭电机1，磨碎后的材料通过出料口2b滑落在存料筒6中，将存料筒6卸下即可完成取料工作。本球磨机使用方便，不会造成加工好的粉末飞溅，由于钢球4的特殊形状使被加工料研磨充分。如图2所示，尖刺4b呈圆台状，尖刺4b一端与球体4a固连且该端向外呈缩口状。由于钢球4在本球磨机运行的过程中会与被加工材料进行剧烈的接触摩擦，造成钢球4磨损是必不可免的，通过将尖刺4b加工呈圆台状，使钢球4能够减少磨损，同时节约了材料。钢球4的数量为3至10个，球体4a的直径为15mm至20mm，尖刺4b的长度为5mm至10mm。本实施例中，钢球4的尺寸、球体4a的直径和尖刺4b的长度均可根据实际情况加工成相应的尺寸，经测试得出当钢球4数量为3至10个，球体4a的直径为15mm至20mm，尖刺4b的长度为5mm至10mm时，球磨机的使用效果较好。料盖5的外侧壁上具有沿料盖5周向设置的防滑凸条，防滑凸条呈环状且均匀分布在料盖5的外侧壁上。防滑凸条可以避免打滑现象的发生，在旋开料盖5时能够具备足够的摩擦力，设计人性化，操作方便。钢球4的最小长度均大于出料口2b口径和放料口2a口径。在转筒2转动的过程中，由于钢球4的最小长度均大于出料口2b口径和放料口2a口径，钢球4不会掉进料盖5和存料筒6中从而使球磨机的使用效果变差，材料研磨不够充分，可以使钢球4一直在转筒2内滚动作用被加工材料。钢球4采用5铬锰钼材料制成，转筒2采用金属材料制成。5铬锰钼材料是钢材中耐磨系数较高的一种材料，用该种材料制成的钢球4耐磨度高，使用寿命长，金属材料制成的转筒2使转筒2的硬度高，能够抵抗钢球4和加工材料冲击转筒2内壁。如图3所示，各个出料口2b呈等间距均匀分布，各个存料筒6也呈等间距均匀分布。使球磨机在外观上整齐，外观美观，另外等间距均匀分布使转筒2转动时，存料筒6处受空气阻力分布较为均匀，转动省力。本实施例中，电机1通过轴承与连接杆3相连，在实际生产中，可通过带传动的方式通过电机1带通转筒2转动，该种方式转筒2的稳定性高，本球磨机通过特殊形状的钢球4研磨效果好，转筒2结构紧凑，适合小批量材料进行加工研磨。实施例二本微波介质陶瓷试验片的制备方法包括以下步骤：A、球磨混料：按照重量比1:1：0.7选取MgO、Nb2O5和酒精，将其放入普通的球磨罐中，然后再将锆球作为球磨介质放入球磨罐中，接着将球磨罐放入滚动球磨机上进行球磨作业，得到浆料；B、筛除、干燥：选用250筛目数的筛网对上述的浆料进行筛除。然后，将筛除后的浆料置入80℃的容器中经3小时后干燥后，再将其放入1300℃的普通工业预烧炉中经6分钟预烧，自然冷却后得到MgNb2O6粉末(MgNb2O6为白中带点微黄的粉末)。本实施例中，球磨机以400r/min的转速球磨25小时。C、造料：将浓度为3—6％的聚乙烯醇溶液与MgNb2O6粉末按照重量比0.4：1混合后，通过普通的手工造粒方法得到粒料，然后将粒料过270筛目数的筛网，得到微波介质陶瓷粒料；D、成型：将微波介质陶瓷粒料以5Mpa压力压制为Φ25×12mm的标准圆柱体，得到微波介质陶瓷毛坯。本实施例中，采用额定压力60T的压力机对微波介质陶瓷粒料进行压制。E、热处理：先将微波介质陶瓷毛坯升温速度保持在130℃/h，在800℃保温4小时后对微波介质陶瓷毛坯进行排塑处理。进行排塑处理后的微波介质陶瓷毛坯对其进行烧结，烧结升温速度保持在170℃/h，经5小时烧结后随炉温自然冷却后得到微波介质陶瓷试验片。F、表面处理：通过抛光作业将微波介质陶瓷试验片表面进行打磨，去除微波介质陶瓷试验片表面的毛边毛刺。本实施例中，人工采用1000目的砂纸对微波介质陶瓷试验片进行打磨。实施例三本微波介质陶瓷试验片的制备方法包括以下步骤：A、球磨混料：按照重量比1:1：1选取MgO、Nb2O5和酒精，将其放入普通的球磨罐中，然后再将锆球作为球磨介质放入球磨罐中，接着将球磨罐放入滚动球磨机上进行球磨作业，得到浆料；B、筛除、干燥：选用270筛目数的筛网对上述的浆料进行筛除。然后，将筛除后的浆料置入90℃的容器中经4小时后干燥后，再将其放入1400℃的普通工业预烧炉中经10分钟预烧，自然冷却后得到MgNb2O6粉末(MgNb2O6为白中带点微黄的粉末)。本实施例中，球磨机以500r/min的转速球磨30小时。C、造料：将浓度为6％的聚乙烯醇溶液与MgNb2O6粉末按照重量比0.6：1混合后，通过普通的手工造粒方法得到粒料，然后将粒料过270筛目数的筛网，得到微波介质陶瓷粒料；D、成型：将微波介质陶瓷粒料以6Mpa压力压制为Φ25×12mm的标准圆柱体，得到微波介质陶瓷毛坯。本实施例中，采用额定压力60T的压力机对微波介质陶瓷粒料进行压制。E、热处理：先将微波介质陶瓷毛坯升温速度保持在150℃/h，在800℃保温4小时后对微波介质陶瓷毛坯进行排塑处理。进行排塑处理后的微波介质陶瓷毛坯对其进行烧结，烧结升温速度保持在210℃/h，经5小时烧结后随炉温自然冷却后得到微波介质陶瓷试验片。F、表面处理：通过抛光作业将微波介质陶瓷试验片表面进行打磨，去除微波介质陶瓷试验片表面的毛边毛刺。本实施例中，人工采用1000目的砂纸对微波介质陶瓷试验片进行打磨。