专利名称：一种高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷技术领域，具体说是一种高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法。
背景技术：
氧化锆陶瓷球因具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性强、韧性较好、高硬度、刚度高等优异特性，主要被应用于研磨介质、轴承、密封件等领域，广泛应用于非金属矿、涂料、油墨、油漆、染料、钛白粉、农药、磁性材料、食品、医药、化妆品等行业物料的超细研磨与分散。现有的氧化锆陶瓷球的生产技术一般采用化学法生产得到的钇稳定氧化锆作原料，价格昂贵，在一定程度上限制了氧化锆陶瓷球的进一步应用。氧化锆按生产工艺的不同，分为化学氧化锆和电熔氧化锆。化学氧化锆是采用氯碱化工及高温煅烧的工艺生产的，产品纯度高、质量好，但生产工艺流程较长，需消耗大量的酸碱试剂，生产成本较高；电熔氧化锆则是采用电弧炉熔炼的物理方法来生产的，工艺流程较短，生产成本较低，一般仅为化学氧化锆的2/3，但产品的纯度和一些物理性能稍差。近些年，随着电熔氧化锆生产技术的不断提高，其产品的纯度、粒度和活性等方面均有了很大改观，电熔氧化锆在结构陶瓷领域，尤其是陶瓷球的应用将成为现实。
利用氧化锆制备陶瓷球，目前的研究现状是:以化学氧化锆为主要原料，采用等静压成型方法，可以生产出高强度的陶瓷球，但生产成本较高，难以大规模的推广应用；以电熔氧化锆为主要原料，虽然成本较低，但由于受氧化锆纯度、粒度大小、颗粒形貌、松散性等影响，难以制备出高强度的氧化锆陶瓷球，因此，制约了工业化大规模应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，克服电熔氧化锆在纯度、粒度和活性等方面存在的不足，采用合理的成型和烧结工艺，为制备低成本高强度的电熔氧化锆陶瓷球提供可行的方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:—种高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，包括以下步骤:步骤1、选用Zr02+Hf02含量在99.6%以上的单斜型的电熔氧化锆粉，将其研磨至平均粒度D50达到0.6微米以下，D90达到1.2微米以下，D97达到1.5微米以下；步骤2、在研磨好的电熔氧化锆超细粉中加入稳定剂并充分混合；步骤3、将混合好的物料进行喷雾造粒干燥；步骤4、将造粒粉采用冷等静压成型；步骤5、将成型好的陶瓷球坯体经烧成、抛光后，制得高强度电熔氧化锆陶瓷球。其中，在步骤2中，加入3mol%氧化钇作为稳定剂，氧化钇的纯度为99.9%以上，D50小于0.5微米。其中，在步骤4中，将造粒粉在200 300MPa压力下采用冷等静压成型。其中，在步骤4和步骤5之间还包括烘干步骤，烘干温度为120 150°C。
其中，在步骤5中，所述陶瓷球坯体按照以下烧成曲线进行烧成:常温 300°C，升温速率0.5 2°C /min ；300 60(TC，升温速率 I 3°C/min ;600 O 保温 2 4h;600 1100O，升温速率 I 3°C /min ；1100°C保温 I 2h ;1100 1650°C，最高温度1500 1650°C，升温速率0.5 2°C /min，最高温度下保温4 8h ;自然降温至200°C，出窑。本发明所提供的制备方法，通过对单斜型的电熔氧化锆粉进行特别的超细研磨加工，使其达到了与化学氧化锆极为相似的特性，再通过合理的成型工艺和烧成工艺，制备出了密度在6.00g/cm3以上，硬度HV超过1250，具有高耐磨性的高强度陶瓷球，突破了电熔氧化锆制备高强度陶瓷球的技术瓶颈，大幅度降低了生产成本，应用前景十分广阔。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。实施例1(I)取Zr02+Hf02含量为99.6%的单斜型的电熔氧化锆粉94.6kg，采用超细搅拌磨将其进行研磨，通过调整和控制磨机的氧化锆珠的配比、转速和液固比等参数，使其平均粒度D50达到0.6微米左右，D90达到1.2微米以下，D97达到1.5微米以下，经扫描电镜分析，电熔氧化锆超细粉的颗粒近似球形；(2)在研磨好的电熔氧化锆超细粉中加入5.4kg氧化钇，氧化钇的纯度在99.9%以上，D50小于0.5微米，再加入IOOkg水，添加有机醇类聚合物1kg，在搅拌球磨机中充分混合制成悬浮料衆;(3)将悬浮料浆在离心式喷雾干燥机中进行喷雾造粒，得到粒度为80 120微米的造粒粉；(4)将造粒粉装入磨具，在冷等静压机中成型，成型压力为200MPa ；(5)将成型好的陶瓷球坯体烘干，烘干温度控制在120°C ；(6)烧成:将陶瓷球坯体放入烧结炉内，按照以下烧成曲线进行烧成:常温 300°C，升温速率IV /min ；300 600 °C，升温速率 2 °C /min ；600°C保温 3h;600 1100O，升温速率 2°C /min ；11001:保温211;1100 1500°C，升温速率 1°C /min, 1500°C保温 8h ；随炉冷却至200°C，出窑得到烧结坯体；(7)对烧结坯体进行抛光，即可得到密度为6.00g/cm3的高强度电熔氧化锆陶瓷球，测得硬度HV达到 1256。
实施例2(I)取Zr02+Hf02含量为99.7%的单斜型的电熔氧化锆粉94.6kg，采用超细搅拌磨将其进行研磨，通过调整和控制磨机的氧化锆珠的配比、转速和液固比等参数，使其平均粒度D50达到0.4微米左右，D90达到I微米以下，D97达到1.2微米以下，经扫描电镜分析，电熔氧化锆超细粉的颗粒近似球形；(2)在研磨好的电熔氧化锆超细粉中加入5.4kg氧化钇，氧化钇的纯度在99.9%以上，D50小于0.5微米，再加入IOOkg水，添加有机醇类聚合物1kg，在搅拌球磨机中充分混合制成悬浮料衆;(3)将悬浮料浆在离心式喷雾干燥机中进行喷雾造粒，得到粒度为80 120微米的造粒粉；(4)将造粒粉装入磨具，在冷等静压机中成型，成型压力为300MPa ；(5)将成型好的陶瓷球坯体烘干，烘干温度控制在150°C ；(6)烧成:将陶瓷球坯体放入烧结炉内，按照以下烧成曲线进行烧成:常温 300 V，升温速率IV /min ；300 600 °C，升温速率 2 °C /min ；600°C保温 4h;600 1100 °C，升温速率 2°C /min ；1100°〇保温·211;1100 1650°C，升温速率 1°C /min, 1650°C保温 8h ；随炉冷却至200°C，出窑得到烧结坯体；(7)对烧结坯体进行抛光，即可得到密度为6.02g/cm3的高强度电熔氧化锆陶瓷球，测得硬度HV达到1260。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，包括以下步骤: 步骤1、选用Zr02+Hf02含量在99.6%以上的单斜型的电熔氧化锆粉，将其研磨至平均粒度D50达到0.6微米以下，D90达到1.2微米以下，D97达到1.5微米以下； 步骤2、在研磨好的电熔氧化锆超细粉中加入稳定剂并充分混合； 步骤3、将混合好的物料进行喷雾造粒干燥； 步骤4、将造粒粉采用冷等静压成型； 步骤5、将成型好的陶瓷球坯体经烧成、抛光后，制得高强度电熔氧化锆陶瓷球。
2.根据权利要求1所述的高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，其特征在于:在步骤2中，加入3mol%氧化钇作为稳定剂，氧化钇的纯度为99.9%以上，D50小于0.5微米。
3.根据权利要求1所述的高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，其特征在于:在步骤4中，将造粒粉在200 300MPa压力下采用冷等静压成型。
4.根据权利要求1所述的高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，其特征在于:在步骤4和步骤5之间还包括烘干步骤，烘干温度为120 150°C。
5.根据权利要求1所述的高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，其特征在于:在步骤5中，所述陶瓷球坯体按照以下烧成曲线进行烧成: 常温 300°C，升温速率0.5 2°C /min ； .300 600°C，升温速率I 3°C /min ； .600°C保温2 4h ; .600 1100°C，升温速率 I 3°C /min ； .1100°C保温 I 2h ; .1100 1650°C，最高温度1500 1650°C，升温速率0.5 2V /min，最高温度下保温.4 8h ; 自然降温至200°C，出窑。
全文摘要
本发明涉及一种高强度电熔氧化锆陶瓷球的制备方法，通过对ZrO2+HfO2含量在99.6%以上的单斜型的电熔氧化锆粉进行特别的超细研磨加工，使其达到与化学氧化锆极为相似的特性，再通过喷雾造粒、冷等静压成型、烧成、抛光等成型工艺和烧成工艺，制备出了密度在6.00g/cm3以上，硬度HV超过1250，具有高耐磨性的高强度陶瓷球，突破了电熔氧化锆制备高强度陶瓷球的技术瓶颈，大幅度降低了生产成本，应用前景十分广阔。
文档编号C04B35/48GK103232238SQ20131014747
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者胡天喜 申请人:三祥新材股份有限公司