影响氧化锆研磨珠磨损性能的研究

2021-11-12黄印,肖春燕

佛山陶瓷 2021年10期

黄印,肖春燕

摘要：氧化锆研磨介质的密度高，强度和韧性很高，因此具有优异的耐磨性和非常高的研磨效率，并可防止物料污染，特别适用于湿法研磨和分散的场合，目前己广泛应用于陶瓷、磁性材料、涂料、油墨、医药食品等工业领域。例如：高级汽车漆、手机漆、喷墨油墨、高级化妆品等。氧化锆研磨珠凭借其优异的耐磨损性，逐步成为目前市面上使用最广泛的研磨介质，本文主要研究实际生产过程中能够影响氧化锆研磨珠磨损量的几个主要因素，探讨减少磨损量的方案。

关键词：氧化锆研磨珠、耐磨损性、磨耗、研磨对象、硬度、浓度

1 引言

氧化锆是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损而且具有优良导电性能的无机非金属材料，20世纪20年代初就开始被应用于耐火材料领域，直到上世纪70年代中期以来，国际上欧美日先进国家竟相投入具资研究开发氧化锆生产技术和氧化锆系列产品生产，进一步将氧化锆的应用领域扩展到结构材料和功能材料，同时氧化锆也是国家产业政策中鼓励重点发展的高性能新材料之一，目前正广泛地应用于各个行业中。由于氧化锆具有大的塑性变形，加热到一定温度后容易膨胀变形，并伴随有晶粒的生长过程。氧化锆陶瓷是研究最早的相变增韧陶瓷，利用氧化锆的相变特性，可以获得具有非常高的断裂韧性、抗弯强度的陶瓷制品。在现代工业陶瓷体系中，氧化锆陶瓷已经成为继氧化铝陶瓷之后的第二大工业陶瓷体系。氧化锆有三种晶型：单斜晶，四方晶，立方晶。三种晶型可以相互转化，在单斜与四方晶型相变过程中，伴随着体积突变，因此采用纯氧化锆很难制造出致密烧结且又不开裂的制品。早期人们发现采用与Zr4+离子半径比较接近的阳离子碱土氧化物或者稀土氧化锆（如MgO、CaO、Y2O3、CeO2等）通过形成固溶体使它具有全部稳定的结构。

随着现代科技水平的进步，各个行业都呈现一个向高精细的发展趋势，化工行业的执行标准越来越高，如锂电池、车漆、手机漆等等都在向纳米材料靠拢。所以在高精细的趋势下，客户对研磨珠的品质、粒径要求也越来越高。不仅对物料要求细腻且颜色需要明亮有光泽。所以对研磨介质的耐磨损性要求也越来越高，尽量避免研磨介质污染。本文主要对几种能够影响氧化锆研磨珠耐磨损性能的因素进行实际磨耗测试并分析。

2 实验

磨耗测试条件：快速球磨机，1L高铝球磨罐，锆珠添加量1000g，水添加量500g，罐体转速467r/min，线速度3.9m/s，研磨时间6H，每组数据取三次测量的平均值。

2.1 氧化锆粉不同制备工艺对氧化锆珠磨耗的影响

分别取目前市面上主流的水解法和共沉淀法制备的钇稳定氧化锆粉（3Y-ZrO2），经相同成型、烧结工艺制备实验待用的氧化锆研磨珠。分别测试磨耗数据如表一所示。

两种粉体制备工艺的区别主要在于水解法反应生成的原始颗粒较小且均匀（约30-80nm），而共沉淀法反应生成的原始颗粒较大且离散性差（约80-400nm），制成锆珠之后反映在晶粒大小，如图一、图二，图一是水解法制备的氧化锆珠SEM图，图二是共沉淀法制备的氧化锆珠SEM图;

由表1数据可以看出水解法的粉料制备的氧化锆珠磨耗比共沉淀法的磨耗小16%，但是水解法的粉料售价比共沉淀法高约50%，综合评价共沉淀粉的氧化锆珠性价比更高，也是市面上主流产品。

2.2 不同研磨对象对氧化锆珠磨耗的影响

取同一批1.0mm珠子10kg备用，分别研磨氧化锆粉、氧化锆铝粉、石英粉、及清水测试磨耗数据如表2所示。

由表2数据可以看出研磨珠用于研磨与本身相同物料时磨耗最小，研磨物料硬度越高，磨耗越大。

2.3 不同浆料浓度对氧化锆珠磨耗的影响

取同一批1.0mm珠子10kg備用，分别研磨100g石英粉、200g石英粉、300g石英粉、400g石英粉、500g石英粉测试磨耗数据如表3所示。

由表3数据可以看出研磨相同物料时，物料的浓度越高，磨耗越小。因为物料溶度高，浆料的粘度更高，可以有效减少研磨珠之间的自磨损耗。