[发明专利]耐磨烧结型锆刚玉复合材料及其生产方法

说明书

本发明是涉及一种耐磨烧结型Al₂O₃、ZrSiO₄锆刚玉复合材料及其生产方法，它以Al₂O₃、ZrSiO₄为主要原料，外加一定添加剂，通过Al₂O₃和ZrSiO₄过量配比及高温原位反应，利用ZrSiO₄分解产物ZrO₄对其反应产物-主晶相刚玉进行增韧，从而获得高耐磨锆刚玉复合材料。

研磨体是陶瓷泥釉研磨的主要物质。目前优质天然球石储量日趋减少，开采待尽。普通天然球石的质量已明显不能满足日益发展的陶瓷生产的需要。人造球石的价格及质量已成为人们关注的焦点。高铝质瓷球由于其价格过高或耐磨性差等原因直接影响了推广使用。研制开发高耐磨、价格低廉的研磨体，是当前陶瓷科技人员努力探求的课题之一。

本发明的目的在于提供一种耐磨烧结型Al₂O₃、ZrSiO₄锆刚玉复合材料及其生产方法，它以Al₂O₃、ZrSiO₄主要原料，外加一定添加剂，通过Al₂O₃和ZrSiO₄过量配比及高温原位反应，利用ZrSiO₄分解产物ZrO₄对其反应产物-主晶相刚进行增韧，从而获得高耐磨锆刚玉复合材料。

该材料及其生产工艺的特点是：

(1)生成物氧化锆和莫来石在常温下强度大、密度高；

(2)生成物氧化锆在生成晶相中弥散均匀；

(3)所采用烧结法，工艺过程简单，产品成本低，与高铝耐磨材料相比产品烧结温度为1580℃，比通常95％氧化铝耐磨材料1650℃～1680℃降低70～100℃，但其耐磨性超出95％氧化铝材料约25％左右。

本发明所述的耐磨烧结型Al₂O₃、ZrSiO₄锆刚玉复合材料(按重量计)由：65～95％Al₂O₃和5～35％ZrSiO₄组成，外加占总量1～6％的添加剂或3～10％的助剂，所述添加剂选自0～5％TiO₂、0～0.3％CaO、0～4％MgO和0～6％活性SiO₂，所述助剂选自0～7％ZrO₂和0～4％Y₂O₃。

本发明所述的耐磨烧结型Al₂O₃、ZrSiO₄锆刚玉复合材料的生产方法包括以下步骤：

(1)将各种原料按配比混合；

(2)将混合后的原料进行湿式或干式超细粉碎，粉碎粒径＜5μm；

(3)将粉料进行压力喷雾造粒，二次颗粒在40目～80目(相当于420μm～171μm)之间，水分控制在2～8％之间；

(4)将造粒好的粉末进行半干或干压成型，成型压力为40～150Mpa，成型密度要大于2.2g/cm³；

(5)将成型的坯体进行人工或自动整坯修理，干燥温度为40℃～80℃，坯体干燥水分控制在＜1％以下；

(6)将干燥好的坯体放入高温推板窑中或高温梭式窑中烧成，升温速度为150℃～200℃/小时，烧成温度在1550℃～1590℃之间，最高温度下保温2～4小时，冷却平均速度＜300℃/小时。

由本发明获得的产品的主要技术指标如下：

吸水率＜0.15％

密度＞3.6g/cm³

硬度(HRA)＞80

抗折强度＞200MPa

断裂韧性Kic＞8MPa·m^1/2

颜色为白色或米黄色

α-Al₂O₃是Al₂O₃稳定晶体之一，属三方晶系，其结构紧密，密度达3.96～4.01g/cm³，莫氏硬度为9，其烧制的产品强度大、硬度高，弱点是塑性变形能力差，耐磨性不高，利用ZrSiO₄高温分解产物ZrO₂对其进行增韧是提高氧化铝陶瓷的主要途径之一。