一種溶膠凝膠工藝制備α-氧化鋁基陶瓷磨料用勃姆石的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種低成本和高效的一種溶膠凝膠工藝制備α -氧化鋁基陶瓷磨料用勃姆石的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溶膠凝膠法制備陶瓷磨料的一般方法是用純凈的勃姆石與去離子水、晶種和膠溶劑混合生成均勻細(xì)膩的溶膠或凝膠，然后干燥，去除凝膠體中的水分，再把干燥的凝膠大顆粒破碎成比所需尺寸略大的顆粒，然后，在600°C?800°C溫度下煅燒，再在1300°C?1500°C溫度下煅燒5?60分鐘，形成氧化鋁的堅(jiān)硬燒結(jié)體，燒結(jié)好的磨料顆粒密度一般大于3.6克/立方厘米，更好的大于3.8克/立方厘米，最好大于3.9克/立方厘米，硬度一般大于20Gpa。
[0003]純凈的勃姆石是一種粒度很細(xì)的粉狀物料，價(jià)格很高，用純凈的勃姆石制備的氧化鋁基陶瓷磨料的成本也很高，在制造陶瓷磨料時(shí)，純凈的勃姆石原料所占的成本比例最大，是構(gòu)成陶瓷磨料價(jià)格的最主要部分。陶瓷磨料的價(jià)格是普通磨料價(jià)格15?30倍，雖然具有比普通磨料更優(yōu)良的性能，但也嚴(yán)重影響了該種磨料的普及和應(yīng)用，研宄如何降低陶瓷磨料的制造成本，使陶瓷磨料得到更廣泛的應(yīng)用，具有重要的意義。
[0004]多年來(lái)，為了提高氧化鋁基磨料的磨削性能，人們發(fā)明了各種辦法，如為了提高白剛玉的韌性和磨削性能，可在冶煉剛玉時(shí)添加氧化鉻、氧化釩和氧化鋯等金屬氧化物，也有通過(guò)快速冷卻的方法，使之形成微晶結(jié)構(gòu)來(lái)提高韌性；或者兩者都用。這些方法在一定程度上提高了磨料的韌性和磨削性能，誕生了一些磨料的新品種，如鉻剛玉、鋯剛玉、釩剛玉微晶剛玉等等。但這些性能的提高還不是很大，在磨削上帶來(lái)的好處有限。上世紀(jì)80年代，人們發(fā)明了溶膠凝膠法生產(chǎn)陶瓷剛玉磨料的工藝，如美國(guó)專利N0.4314827。一般是用勃姆石為原料，利用溶膠凝膠技術(shù)，制成氧化鋁的溶膠凝膠，然后干燥、破碎、燒結(jié)，成為具有亞微米結(jié)構(gòu)的陶瓷磨料。由于具有細(xì)微的晶體結(jié)構(gòu)，其晶粒大小比傳統(tǒng)意義上的微晶剛玉要小得多，再加上陶瓷磨料是破碎以后燒結(jié)，避免了普通電熔剛玉破碎時(shí)造成的微裂紋，使得溶膠凝膠法制造的陶瓷磨料具有極優(yōu)良的磨削性能。后來(lái)，人們?yōu)榱诉M(jìn)一步提高陶瓷磨料的技術(shù)質(zhì)量性能，又進(jìn)行了許許多多的工作，如在制備溶膠時(shí)加入晶種，既可降低燒結(jié)溫度，又使陶瓷磨料的晶粒尺寸進(jìn)一步縮小，從而提高了產(chǎn)品的磨削性能，如美國(guó)專利N0.4623364 ;還有在制成干燥凝膠后，先進(jìn)行低溫煅燒，然后用鎂、鈷、釔、稀土元素等的硝酸鹽溶液進(jìn)行浸澤，再干燥燒結(jié)，也能提高產(chǎn)品性能，這方面的專利如美國(guó)專利N0.5776214。這些方法雖然提高了陶瓷磨料的性能，但也增加了生產(chǎn)工序。提高了生產(chǎn)成本，制約了該產(chǎn)品應(yīng)用的普及。
[0005]2011年9月22日，魯信創(chuàng)業(yè)投資集團(tuán)股份有限公司申請(qǐng)了一種新的陶瓷剛玉磨料的制備工藝專利，其專利有兩個(gè)，專利號(hào)分別為ZL 2011 10 283203.2和ZL2011 10283236.7。這兩個(gè)專利應(yīng)用了一種勃姆石的半成品來(lái)制備陶瓷剛玉磨料，使用勃姆石半成品作為原料具有原料成本低、工藝成熟穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，這兩個(gè)專利的應(yīng)用，一定程度上降低了陶瓷剛玉磨料的制備成本。但是，由于使用的勃姆石半成品含水量很大，制成的溶膠含水量更大，溶膠里邊的水分的烘干是比較困難的，這就給以后的烘干工序帶來(lái)烘干時(shí)間大大延長(zhǎng)，增加了能耗和使本工序所用時(shí)間大幅度增加，增加了能源成本和時(shí)間成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)制備陶瓷磨料，采用純凈的勃姆石半成品為主要原料，制成的溶膠凝膠烘干時(shí)間長(zhǎng)，能源消耗高的缺陷，提供一種制備α -氧化鋁基磨料用的勃姆石加工方法，其使用成本低的勃姆石半成品為主原料，在制成溶膠前對(duì)勃姆石半成品去除一部分水分，降低烘干工序的烘干時(shí)間，減少能耗。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0008]即一種溶膠凝膠工藝制備α -氧化鋁基陶瓷磨料用勃姆石的加工方法，其特征在于把含干基勃姆石30%?40%的勃姆石半成品擠成條狀或壓成片狀，放入烘干爐烘干，烘干爐的溫度設(shè)定在100攝氏度以下，使烘干后的勃姆石半成品含干基勃姆石為45%?80% ；
[0009]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案:含干基勃姆石30%?40%的勃姆石半成品通過(guò)擠出機(jī)擠成直徑為2mm?5mm的細(xì)條。
[0010]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案:烘干爐的溫度設(shè)定在80攝氏度以下，烘干后的勃姆石半成品含干基勃姆石為50 %?60 %。
[0011]烘干爐的溫度一般設(shè)定在100攝氏度以下，烘干爐的烘干時(shí)間根據(jù)烘干的勃姆石半成品的的量適當(dāng)調(diào)整，使烘干后的勃姆石半成品含干基勃姆石為45%?80%。
[0012]擠成條狀時(shí)，把勃姆石半成品放入一個(gè)擠出機(jī)，擠出機(jī)的出料口是由許多小孔組成，擠出機(jī)的出料口的小孔直徑一般在2mm至5mm之間，通過(guò)擠出機(jī)，把勃姆石半成品擠成直徑為2mm?5mm之間的細(xì)條，擠出的勃姆石半成品細(xì)條直接落在一個(gè)帶傳送帶的隧道式烘干爐的傳送帶上，或把細(xì)條放入一個(gè)不銹鋼托盤(pán)內(nèi)，把托盤(pán)放在傳送帶上或者直接放入烘干箱內(nèi)，傳送帶的傳送速度和烘干箱的烘干溫度根據(jù)烘干的勃姆石半成品的的量適當(dāng)調(diào)整，使烘干后的勃姆石半成品含干基勃姆石為45 %?80 %。
[0013]擠出機(jī)把勃姆石半成品擠成直徑為2mm?5mm的細(xì)條，目的是為了增加它的表面積，快速的排除其中的水分。勃姆石半成品本身含水量很大，其中的水品是附著水，與后續(xù)步驟制成的溶膠含有的水分相比，加熱排出水分要容易得多。在同樣的烘干箱中，在烘干條件相同的情況下，含同樣水分的勃姆石半成品和溶膠相比，前者排除水的速度是后者的4倍以上。再加上用擠出機(jī)把勃姆石半成品擠成條，大大增加了料的表面積。使勃姆石半成品的烘干速度極快，(制成的膠體由于水含量太大，無(wú)法用擠出機(jī)擠成條狀來(lái)烘干)。擠出機(jī)的出料孔可以小于2_，但太小的話，擠出變得很困難，擠出本身也是耗費(fèi)能源的。擠出機(jī)的出料孔大于5_，擠出的料直徑比較大，烘干水分比較慢。
[0014]烘干爐可以是電熱式，也可以燃?xì)馐?，或著用蒸汽為熱源都可以，溫度控制?00攝氏度以下，最好80攝氏度以下。這是為了保持勃姆石半成品本身的活性，不至于因?yàn)楹娓杉訜嵩斐刹肥氤善繁旧硇再|(zhì)的變化，造成后續(xù)步驟制成的溶膠質(zhì)量不好，影響陶瓷剛玉磨料質(zhì)量的降低。
[0015]烘干后勃姆石半成品含干基勃姆石在45%?80%之間比較合適，更好在50?70%，最好在50% -60%之間。含干基勃姆石的量控制在50% -60%時(shí)，加入晶種液、改良劑和膠溶劑后，混合物的固含量約在40%?45%時(shí)，形成的膠體會(huì)比較好。烘過(guò)的勃姆石半成品含干基勃姆石在45%以下，去除的水量太少，本發(fā)明的效果不明顯；含干基勃姆石的含量超過(guò)80%時(shí)，烘干后的勃姆石半成品顆粒太硬，顆粒不容易碎開(kāi)，在制備膠體時(shí)，不容易混合均勻。
[0016]把上述制成的半干勃姆石半成品放入具有抽真空功能的捏合機(jī)中，加入氧化鋁晶種研磨液，開(kāi)動(dòng)捏合機(jī)，把半干勃姆