CN105563363B - 一种离心干燥造粒技术制备陶瓷结合剂堆积磨料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用离心干燥造粒技术制备堆积磨料的方法。其特征是以氧化硅、氧化铝、碳酸锂、碳酸钠、硼酸、氧化锆粉末组成陶瓷结合剂粉体和磨料为原料，加入去离子水和糊精液制成混合浆料，经离心干燥得到堆积磨料生球，再经煅烧，即可获得陶瓷结合剂堆积磨料。堆积磨料中的粉体结合剂熔融后形成的液相可实现对磨料均匀包裹并产生较强的粘结力。采用该发明制备的球形堆积磨料具有颗粒粒度均一和组织结构均匀的特性，可用于制备砂布、砂带以及树脂结合剂砂轮。采用此陶瓷结合剂堆积磨料制备的砂带具有磨削效率高、自锐性好、磨削散热好、寿命长的特点，且该技术易实现自动化生产。

Description

一种离心干燥造粒技术制备陶瓷结合剂堆积磨料的方法

技术领域

本发明涉及一种利用离心干燥造粒技术制备陶瓷结合剂堆积磨料的制备方法。

背景技术

砂带是使用粘结剂将磨料粘结在可挠性材料上制成的可以磨削、抛光用的带状工具，其构成的三要素是：基材、磨料和粘结剂。目前使用的砂带由于使用普通结构磨料制造，存在以下弊端：(1)单层磨料砂带工作层薄，使用寿命短，利用率低，频繁的更换降低了生产效率，提高了操作者的劳动强度；(2)砂带上磨粒之间间隙较小，磨削过程中磨屑会残留在砂带表面造成堵塞，摩擦发热增加，工件易烧伤；(3)传统单层砂带在磨削过程中，磨钝的磨料脱落后，造成粘结剂与工件之间的摩擦，使得砂带不能继续稳定工作；传统单层磨粒砂带，磨粒在磨削过程中的状态及磨削力不同，因此造成被磨削工件表面质量差异较大，并且单层砂带在磨削过程中要频繁的更换，使得接缝处工件磨削质量明显不一致；(4)砂带制备过程中，细粒度磨料因团聚等问题使得砂带植砂困难，植砂均匀性难以得到保证；(5)传统的多层植砂工艺不能满足砂带的柔软性要求。(6)现有堆积磨料的制备过程中原料常采用机械混合，一是当原料颗粒较细时易产生团聚，二是结合剂与磨料尺寸相差较大时，很难将两者混合均匀，会形成以结合剂为中心的非均匀微观结构，导致磨削过程中易对工件表面产生划痕，影响工件的精度和表面粗糙度。

发明内容

为了克服上述应用于上述砂带制造用磨料现有技术的不足，本发明提供了一种利用离心干燥造粒技术制备磨削效率高、自锐性好、利用率高、寿命长、磨削表面质量均匀，且适用于自动化生产的陶瓷结合剂堆积磨料的方法。

本发明的特点是：通过陶瓷结合剂将细小的磨料制备成尺寸较大的、大小均匀的球形颗粒-堆积磨料。该堆积磨料可以采用传统制备技术制作砂带，该方法制备的砂带磨削过程中有自锐性好、寿命长、磨削效率高的特点。该堆积磨料还可用于制备树脂结合剂砂轮，大幅度提高砂轮的耐热性和磨削效率。

本发明技术方案如下：

一种利用离心干燥造粒法制备陶瓷结合剂堆积磨料的方法，包括如下步骤：

1)陶瓷结合剂的制备：将氧化硅、氧化铝、碳酸锂、碳酸钠、硼酸、氧化锆等粉末按照一定的比例加入球磨坛中，在球磨机上混料3h，制成的混合粉体经高温熔炼、急冷、球磨破碎后，过325目筛，得到低熔点陶瓷结合剂粉体；其中结合剂中各组分质量百分含量为氧化铝5～9％，氧化硅48～54％，碳酸钠5～10％，氧化锆2～5％，碳酸锂3～6％，硼酸20～26％；

2)浆料的制备：以刚玉或碳化硅磨料和陶瓷结合剂为原料，加入去离子水和糊精液后，再经球磨混合制成浆料。其中，干料中磨料质量比为85～95％，结合剂的质量比5～15％；

3)造粒：将步骤2)中混合均匀的浆料进行离心干燥造粒，得到堆积磨料生球；

4)煅烧：将步骤3)中获得的生球经干燥、煅烧，即可得到陶瓷结合剂堆积磨料。

所述的陶瓷结合剂堆积磨料颗粒粒度均一、组织结构均匀，且堆积磨料中结合剂熔融产生的液相对刚玉或碳化硅磨料包裹较好、粘结力较强。

所述的刚玉或碳化硅磨料粒度为W40～W0.5。

所述的浆料的固含量在45～60wt％，球磨时磨球与粉体的质量比为2∶1，球磨时间为2～5h，球磨机的转速为300～500rpm。

所述的造粒方式为离心干燥造粒法。离心机的离心盘直径为120mm，转速200～250rpm，干燥时，空气进口温度200～240℃，出口温度100～120℃。

所述的煅烧工艺的升温速率在2～7℃/min，最高温度720～780℃，保温时间45～80min。

所得的陶瓷结合剂堆积磨料颗粒的粒径大小为0.3～1.2mm。

一种利用离心干燥造粒技术制备的陶瓷结合剂堆积磨料，是由上述方法制备而成的。

本发明的有益效果是：

(1)将各成分制备成浆料，可使各成分混合地更均匀；

(2)在液相浆料中磨料被陶瓷结合剂粉体均匀包裹，煅烧后有利于提高结合剂对磨料的把持力，同时实现球团内部组织结构的均匀性；

(3)离心干燥造粒工艺过程操作简单、浆料流动性稳定，利于实现自动化生产；

(4)所得的堆积磨料为球状颗粒，粒度均匀、流动性好、不易团聚；

(5)陶瓷结合剂堆积磨料用于砂带制备的益处陶瓷粉体的热传导率高、耐热性好可实现高速、强力磨削；同时还可提高砂带的磨削精度，降低被磨削工件的表面粗糙度值；

(6)相比于传统单层磨料砂带，陶瓷结合剂堆积磨料的磨削层厚，使用寿命长、磨削效率高，且可实现自动化生产和保证工件表面均匀一致的粗糙度；

(7)陶瓷结合剂堆积磨料克服了细粒度磨料植砂困难和多层植砂制备的砂带柔韧性差的问题。

附图说明

图1为离心干燥造粒技术制备的陶瓷结合剂堆积磨料显微结构图；

图2为离心干燥造粒技术制备的陶瓷结合剂堆积磨料砂带光学照片；

图3为砂带磨削时间-材料去除量关系图。

具体实施方式

下面结合具体事例对发明做详细介绍：

实施例1

本发明制备陶瓷结合剂堆积磨料采用的原料有：刚玉(粒度：W32)、氧化铝、氧化硅、碳酸钠、氧化锆、碳酸锂、硼酸，陶瓷结合剂配比如下表所示：

组分	氧化铝	氧化硅	碳酸钠	氧化锆	碳酸锂	硼酸
							配比/wt％	9	52	8	2	3	26

按照上述比例将氧化硅、氧化铝、碳酸锂、碳酸钠、硼酸、氧化锆加入球磨坛中，在球磨机上混料3h，混合粉体经高温熔炼、急冷、球磨破碎后，过325目筛，得到低熔点陶瓷结合剂粉体。在4.6kg刚玉中分别加入陶瓷结合剂0.4kg、6.0kg去离子水以及糊精液0.5kg在300rpm的转速下湿法球磨混合3h。制得的料浆经离心干燥造粒得到陶瓷结合剂堆积磨料，离心转速为240rpm，空气进口温度为200℃，出口温度为100℃。干燥后的堆积磨料进行煅烧，升温速率为3℃/min，并在750℃保温1h。离心干燥造粒所得堆积磨料的平均粒径为480μm。

实施例2

本发明制备陶瓷结合剂堆积磨料采用的原料有：刚玉(粒度：W32)、氧化铝、氧化硅、碳酸钠、氧化锆、碳酸锂、硼酸，陶瓷结合剂配比如下表所示：

组分	氧化铝	氧化硅	碳酸钠	氧化锆	碳酸锂	硼酸
							配比/wt％	9	52	8	2	3	26

按照上述比例将氧化硅、氧化铝、碳酸锂、碳酸钠、硼酸、氧化锆加入球磨坛中，在球磨机上混料3h，混合粉体经高温熔炼、急冷、球磨破碎后，过325目筛，得到低熔点陶瓷结合剂粉体。在4.6kg刚玉磨料中分别加入陶瓷结合剂0.4kg、5kg去离子水以及糊精液0.5kg在350rpm的转速下湿法球磨混合4h。制得的料浆经离心干燥造粒得到陶瓷结合剂堆积磨料，离心转速为220rpm，空气进口温度为220℃，出口温度为110℃。干燥后的堆积磨料进行煅烧，升温速率为4℃/min，并在760℃保温1h。离心干燥造粒所得堆积磨料的平均粒径为550μm。

实施例3

本发明制备陶瓷结合剂堆积磨料采用的原料有：绿碳化硅(粒度：W32)、氧化铝、氧化硅、碳酸钠、氧化锆、碳酸锂、硼酸，陶瓷结合剂配比如下表所示：

组分	氧化铝	氧化硅	碳酸钠	氧化锆	碳酸锂	硼酸
							配比/wt％	9	52	8	2	3	26

按照上述比例将氧化硅、氧化铝、碳酸锂、碳酸钠、硼酸、氧化锆加入球磨坛中，在球磨机上混料3h，混合粉体经高温熔炼、急冷、球磨破碎后，过325目筛，得到低熔点陶瓷结合剂粉体。在4.6kg刚玉中分别加入陶瓷结合剂0.4kg、4.0kg去离子水以及糊精液0.5kg在400rpm的转速下湿法球磨混合5h。制得的料浆经离心干燥造粒得到陶瓷结合剂堆积磨料生球，离心转速为200rpm，空气进口温度为240℃，出口温度为120℃。离心干燥造粒所制堆积磨料的平均粒径为630μm。干燥后的堆积磨料生球，进行煅烧，升温速率为5℃/min，并在760℃保温1h。制得陶瓷结合剂堆积磨料，利用本次制备的陶瓷结合剂堆积磨料做成砂带产品与普通磨料砂带和国外进口堆积磨料砂带进行磨削对比。磨削对象为45#钢管 (Φ10cm×100cm)。磨削数据如图3所示，从图3中可以看出，时间小于290min时，陶瓷结合剂堆积磨料砂带磨削量低于进口堆积磨料砂带，时间大于290min时，陶瓷结合剂堆积磨料砂带磨削量高于进口砂带，而堆积磨料砂带磨削量始终高于普通砂带。上述实验结果分析表明，离心干燥造粒法陶瓷结合剂堆积磨料制成的砂带达到了高效磨削的效果，且砂带耐磨性能良好。

Claims (2)

1.一种离心干燥造粒技术制备陶瓷结合剂堆积磨料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)陶瓷结合剂的制备：将氧化硅、氧化铝、碳酸锂、碳酸钠、硼酸、氧化锆粉末按照一定的比例加入球磨坛中，在球磨机上干混料3h，制成的混合粉料经高温熔炼、急冷、球磨破碎和过筛后，得到低熔点陶瓷结合剂粉体；其中结合剂中各组分质量百分含量为氧化铝5％～9％，氧化硅48～54％，碳酸钠5％～10％，氧化锆2％～5％，碳酸锂3％～6％，硼酸20％～26％；

(2)浆料的制备：以刚玉或碳化硅磨料和陶瓷结合剂为原料，加入去离子水和糊精液后，经球磨混合制成浆料；其中，干料中磨料质量比为85～95％，结合剂的质量比5～15％；

(3)离心干燥造粒：将步骤(2)中混合均匀的浆料进行离心干燥造粒，得到堆积磨料生球；

(4)煅烧：将步骤(3)中制的生球经干燥、煅烧，即可得到陶瓷结合剂堆积磨料；

所述的陶瓷结合剂粉体过325目筛；

所述的刚玉或碳化硅磨料粒度为W40～W0.5；

所述的浆料的固含量在45～60wt％，球磨时，磨球与粉体的质量比为2∶1，球磨时间为2～5h，球磨机的转速为300～500rpm；

造粒方式为离心干燥造粒法，离心机离心盘直径为120mm，转速200～250rpm，干燥时，空气进口温度200～240℃，出口温度100～120℃；

堆积磨料生球煅烧工艺的升温速率在2～7℃/min，最高温度720～780℃，保温时间45～80min；

所得的陶瓷结合剂堆积磨料颗粒的粒径大小为0.3～1.2mm。

2.陶瓷结合剂堆积磨料，其特征在于，是由权利要求1所述的方法制备而成的磨料。