论文摘要
ZrO2瓷球是一种应用前景广阔的高品质研磨介质,但现有的球坯成型技术生产效率低、制备成本高、产品质量差,已经成为制约ZrO2瓷球规模化生产的瓶颈。研究探讨ZrO2瓷球的高效成型生产技术是近年来国内外研究的热点。滚制成型法投资少,效率高,可实现自动化生产,是生产小颗粒瓷球最理想的制备工艺。但由于ZrO2属瘠性原料,颗粒间结合性差,不易滚制成型,也是滚制成型没有被广泛应用于ZrO2瓷球生产的主要原因。本文以含3mol%Y2O3的ZrO2粉体为原料,采用滚制成型技术和常压烧结工艺制备了ZrO2研磨介质球。研究了pH值、分散剂、固相含量等因素对浆料流变性能的影响,以及球磨时间对ZrO2颗粒尺寸的影响,制备出了高固低粘适用于喷雾造粒用ZrO2浆料;通过对ZrO2球坯在滚制过程中的生长机理和受力分析,建立了相关的数学模型。研究了球核的制备方法,分析了粘结剂水溶液的含量、滚锅的直径、倾角、转速、球坯粒径、滚制时间及球坯的抛光时间对ZrO2球坯性能的影响;利用力学性能测试和扫描电镜等分析方法,讨论了烧结制度对ZrO2研磨介质球耐磨性的影响。实验研究表明:ZrO2浆料在不同的pH值环境中,其浆料粘度差别较大,选择弱碱条件有利于ZrO2颗粒的分散。随着固相含量的提高,浆料的粘度提高。为获得流动性好的浆料,需要加入适量分散剂,但分散剂加入量超过一定限度后,反而起到相反作用。球核粒度可影响球坯的滚制,本实验采用成型压力为150MPa的等静压成型后破碎过筛,选择30目至60目之间颗粒可用作滚制成型的球核。通过对粉体链接、滚制成长机理和球坯受力的分析和相关数学模型的建立,发现滚锅的转速、倾角、直径和球坯粒径是相互影响的。要使球坯具有最佳的长大环境,在成型过程中,随着球坯的长大,需要相应提高滚锅的转速和倾角;不同直径的滚锅应选择不同的转速和倾角。水溶液中加入聚乙烯醇可提高颗粒间的界面结合力,明显改善ZrO2粉体的成型性能,当聚乙烯醇含量为1wt‰时,球坯具有最高的密度和必需的强度。水溶液和粉体要一定比例加入,实验结果表明:当含有1wt‰聚乙烯醇的水溶液与粉体质量比为1:9时,具有最佳的成型效果,其加入量与球坯粒径的平方成正比。随着球坯长大,球坯逐步致密,粒径越来越均匀,圆度越来越好。为使球坯更加致密和表面更加光滑,在停止加料后,需要对球坯继续滚制抛光,最佳抛光时间为2h。由于球坯在滚制过程中,球坯表面产生较高的温度和饱和的湿度,如果滚制后立即取出,会使球坯表面水分快速挥发导致收缩过大,产生表面裂纹。因此在滚制结束后需要将球坯在滚锅中静置20～40min保湿降温。静置时间与大气的温度和相对湿度有关,温度高、湿度大静置时间短,反之静置时间长。球坯在干燥过程中,干燥环境要由低温高湿（相对湿度大于60%,室温）逐步转为高温低湿（相对湿度小于10%,温度110℃）,干燥周期40h,使球坯水分小于0.5%。烧结温度和保温时间显著影响ZrO2研磨介质球的性能,烧结温度低或保温时间短,ZrO2研磨介质球不能完全烧结,压碎强度和体积密度低,自磨损率高;烧结温度过高或保温时间过长,ZrO2研磨介质球晶粒长大且不均匀,起增韧作用的四方相含量降低,瓷球体积密度虽高,但压碎强度降低,自磨损率升高;当烧结温度为1550℃、保温时间为2h时,ZrO2研磨介质球具有最好的耐磨性能,体积密度5.91g/cm3,压碎强度2416N,自磨损率2.6ppm/h。
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摘要Abstract目录第一章 绪论1.1 课题背景2陶瓷研究的意义'>1.1.1 ZrO2陶瓷研究的意义2陶瓷的物理化学特性'>1.1.2 ZrO2陶瓷的物理化学特性1.2 研磨介质球的国内外状况1.2.1 金属研磨介质球1.2.2 非金属研磨介质球1.2.2.1 天然球石研磨介质2研磨介质球'>1.2.2.2 SiO2研磨介质球2O3研磨介质球'>1.2.2.3 Al2O3研磨介质球4研磨介质球'>1.2.2.4 ZrSiO4研磨介质球2研磨介质球'>1.2.2.5 ZrO2研磨介质球1.3 研磨介质球的成型方法1.4 滚制成型工艺的发展现状1.5 磨损机理及其影响因素1.5.1 磨损概念及分类1.5.2 陶瓷研磨介质球的磨损机理1.5.3 陶瓷研磨介质球的磨损影响因素1.6 本课题选题的目的和意义及研究内容1.6.1 本课题选题的目的和意义1.6.2 本课题研究的主要内容第二章 实验材料和测试方法2.1 实验材料2.2 实验设备2.3 测试方法2.2.1 小球粒径的测定2.2.2 球坯密度的测定2.3.3 球坯相对球形度偏差和粒径不均匀值测定2.3.4 试样的扫描电镜（SEM）观察2.3.5 体积密度及相对密度的测定2.3.6 压碎强度测定2.3.7 自磨损率的测定2.4 本章小结第三章 浆料制备3.1 浆料的制备3.2 结果与讨论3.2.1 pH值对浆料性能的影响3.2.2 分散剂对浆料性能的影响3.2.3 固相含量对浆料性能的影响3.2.4 研磨时间对浆料颗粒粒度的影响3.3 本章小结2研磨介质球的滚制成型'>第四章 ZrO2研磨介质球的滚制成型4.1 球坯的滚制成型4.1.1 粉料制备4.1.2 球核制备4.1.3 球坯滚制4.1.4 球坯抛光4.2 滚制成型机理分析4.2.1 粉体链接机理4.2.2 球坯生长的过程及机理分析4.2.3 球坯滚制成型过程中的受力分析4.2.3.1 球坯受力分析的假设条件4.2.3.2 球坯受力分析4.3 结果与讨论4.3.1 球坯的运动轨迹4.3.2 滚锅直径、转速、倾角和球坯粒径之间的关系4.3.2.1 滚锅直径、转速和倾角之间的关系4.3.2.2 滚锅倾角与滚锅直径的关系4.3.3 水溶液和粉料加入量对滚制成型性能的影响4.3.3.1 水溶液和粉料加入量的比例对球坯性能的影响4.3.3.2 粉料加入量与球坯粒径的关系2核坯性能的影响'>4.3.4 成型压力对ZrO2核坯性能的影响2球核粒径对滚制成型的影响'>4.3.5 ZrO2球核粒径对滚制成型的影响2球坯性能的影响'>4.3.6 水溶液粘结剂含量对ZrO2球坯性能的影响2球坯性能的影响'>4.3.7 滚制时间对ZrO2球坯性能的影响2球坯性能的影响'>4.3.8 抛光时间对ZrO2球坯性能的影响2球坯密度的影响'>4.3.8.1 抛光时间对ZrO2球坯密度的影响2球坯表面粗糙度的影响'>4.3.8.2 抛光时间对ZrO2球坯表面粗糙度的影响4.4 本章小结2性能的影响'>第五章 干燥烧结制度的确定及其对ZrO2性能的影响5.1 球坯干燥制度的确定5.1.1 干燥机理5.1.1.1 坯体中的水分5.1.1.2 坯体的干燥过程5.1.1.3 影响干燥速率的因素5.1.2 干燥制度的确定5.2 烧结制度的确定5.2.1 烧结制度的理论确定依据2瓷球性能的影响'>5.2.2 烧结温度对ZrO2瓷球性能的影响2瓷球性能的影响'>5.2.3 保温时间对ZrO2瓷球性能的影响2瓷球性能的影响'>5.3 水溶液粘结剂含量对ZrO2瓷球性能的影响2瓷球的性能比较'>5.4 ZrO2瓷球的性能比较5.5 本章小结第六章 结论参考文献致谢攻读硕士期间的科研成果
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