[发明专利]一种高韧性高硬度锆镧铝复合磨介的制备方法

说明书

本发明涉及一种高韧性高硬度锆镧铝复合磨介的制备方法，包括如下步骤：先将原料ZrO2粉体、Al2O3细粉、稳定剂①（MgO+CaO）和去离子水混合搅拌，经球磨后得到悬浮液；再将分散剂滴入悬浮液中并不断搅拌，然后加入含镧稳定剂②再经球磨后得到球磨浆料；然后将球磨浆料经压滤制得滤饼；然后煅烧得到煅烧粉；再将烧结助剂和去离子水与煅烧粉混合搅拌再经高能球磨和造粒，得到造粒粉；制成球坯后通过烧结方式得到成球。通过复合稳定剂不同价态对氧化锆稳定作用，结合α相和γ相共存的氧化铝的促进烧结、提高硬度及晶界控制作用，烧结后通过固溶和晶界析晶提高晶界相强度的作用。进一步提高了氧化锆陶瓷的硬度、强度和断裂韧性，降低磨耗。

技术领域

本发明属于复合陶瓷磨介制备领域，尤其涉及一种高韧性高硬度锆镧铝复合磨介的制备方法。

背景技术

球磨超细粉碎技术是实现粉末超细化的一种非常重要的工艺手段，该工艺易于实现产业化，具有极高的商业价值。而研磨介质是球磨的关键材料之一，陶瓷研磨介质由于具有高硬度、高耐磨性和高强度，因此研磨寿命更长，自身磨耗更低。与传统玻璃珠研磨介质相比，陶瓷磨介具有更高的密度，进而研磨效率高；与金属磨介相比，磨耗更低，因而不会污染被磨原料。

添加一定稳定剂的四方相氧化锆陶瓷，是室温力学性能最好的陶瓷材料之一，由氧化锆制备而成的陶瓷磨介，相对于氧化铝、硅酸锆陶瓷磨介，密度大研磨效率高。

有人申请了名为《一种微晶耐磨氧化锆球的制法》，公开号为CN101913861A，通过将氧化钇和粘结剂加入到氧化锆粉体中进行简单配料，再经球磨后喷雾造粒，滚动成型后烘干，烧结，最后抛光得到的陶瓷球硬度较高，约12GPa，但是在使用过程中发现，该陶瓷球磨耗较大，约10μg/g。这种单一稳定剂的氧化锆磨介球，仍需要进一步提高韧性、硬度和强度。因此还亟需一种新的磨介及制备方法。

发明内容

本发明提出一种高韧性高硬度锆镧铝复合磨介的制备方法，将含钙、镁和镧的化合物作为稳定剂加入锆和铝的氧化物中，通过球磨和烧结的方式，制得高韧性高硬度且磨耗低的锆镧铝复合磨介。

本发明的具体技术方案为：一种高韧性高硬度锆镧铝复合磨介的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，制备悬浮液：将原料ZrO₂粉体、Al₂O₃细粉、稳定剂①（MgO+CaO）和去离子水混合搅拌，经球磨后得到悬浮液；

步骤二，制备球磨浆料：将分散剂滴入悬浮液中并不断搅拌，然后加入含镧稳定剂②再经球磨后得到球磨浆料；

步骤三，制备滤饼：将球磨浆料经压滤制得滤饼；

步骤四，制备煅烧粉：将滤饼在中温炉中进行煅烧，得到煅烧粉；

步骤五，制备造粒粉：将烧结助剂和去离子水与煅烧粉混合搅拌再经高能球磨，得到球磨浆料后再经喷雾造粒，得到造粒粉；

步骤六，烧结成球：将造粒粉通过成球机成球坯，球坯先经低温预烧结再高温烧结的烧结方式得到成球。

本申请采用多次球磨和两次烧结结合的处理方式，使复合稳定剂与氧化锆的结合状态不同，充分发挥不同价态稳定剂稳定氧化锆的作用，同时较高转相率的亚微米氧化铝有促进氧化锆烧结时固相扩散与晶界相控制的作用，而未转成α相的部分γ相氧化铝,由于具有更高的比表面积和更小的原晶尺寸,更容易固溶进入氧化锆晶界,氧化镧、氧化镁和/或氧化钙具有促进氧化铝烧结时固相扩散等复合烧结作用；在中温炉中对滤饼进行煅烧，使复合稳定剂按需固溶入氧化锆粉体中，提高固溶稳定氧化锆的效果；煅烧粉加入烧结助剂，经过高能球磨及造粒后，形成超细的磨介用粉，再通过低温预烧结和高温烧结的烧结方式促进固溶和晶界析晶，以提高晶界相强度，进一步提高了氧化锆陶瓷的硬度、强度和断裂韧性，最终获得了低磨耗的研磨介质。