阅读说明：本技术 一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法 (Preparation method of wear-resistant high-purity alumina grinding ball ) 是由 卢胜波 殷剑龙 刘瑾 李刚 王程民 王修慧 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法：将醇盐水解法制备的高纯拟薄水铝石,通过一次低温焙烧、气流磨处理、二次高温焙烧制备高纯氧化铝粉体；然后研磨,干燥得到单分散纯相α-氧化铝超细粉体；采用高纯拟薄水铝石制备高纯铝溶胶,喷雾造粒制备球形氧化铝前驱体,焙烧得到球形氧化铝种子；进行一次滚动成型和二次等静压成型制备氧化铝球坯体；高温烧结、自磨抛光得到氧化铝研磨球；最后通过迭代方式操作,制备的氧化铝研磨球纯度不断提高升级,最终得到纯度4N以上的耐磨高纯氧化铝研磨球。(The invention relates to a preparation method of wear-resistant high-purity alumina grinding balls, which comprises the following steps: preparing high-purity alumina powder from the high-purity pseudoboehmite prepared by the alkoxide hydrolysis method through primary low-temperature roasting, airflow milling treatment and secondary high-temperature roasting; then grinding and drying to obtain monodisperse pure-phase alpha-alumina superfine powder; preparing high-purity alumina sol by using high-purity pseudo-boehmite, preparing a spherical alumina precursor by spray granulation, and roasting to obtain spherical alumina seeds; carrying out primary rolling forming and secondary isostatic pressing forming to prepare an alumina ball blank; sintering at high temperature, and autogenously grinding and polishing to obtain alumina grinding balls; and finally, operating in an iterative mode, and continuously improving and upgrading the purity of the prepared alumina grinding ball to finally obtain the wear-resistant high-purity alumina grinding ball with the purity of more than 4N.)

一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法

技术领域

本发明属于高纯氧化铝陶瓷制备技术领域，更具体的涉及一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法。

背景技术

本发明涉及一种在球磨机中研磨粉体材料，特别是高纯超细氧化铝粉体所用的研磨介质。目前市面上有五种不同类型的研磨介质在商业上使用，包括：钢球，玻璃球，氧化锆球，氧化铝球，复合锆铝球。选用何种材质的研磨介质关键因素是用来制造他们的材料。每一种研磨介质都有其特殊的用途。然而，每一种研磨介质都有其不适应于某些用途的问题。因为在研磨过程中，研磨介质本身会有磨耗，会对研磨对象有一定的污染。比如：钢球研磨氧化铝，会引入铁杂质，锆球研磨氧化铝，对引入锆元素，低纯度铝球研磨高纯氧化铝，会引入铝球中含的Na，Mg，Si等杂质，使得高纯氧化铝的纯度下降，达不到产品制备的纯度要求，从而影响其适用领域的应用。如果使用与高纯氧化铝粉一样材质的高纯氧化铝介质，即使研磨介质由于磨耗被引入到高纯氧化铝粉体中，也不会影响产品的纯度。同时,随着纳米材料性能优越性逐渐被人们认识,高纯超细氧化铝粉被广泛应用于半导体陶瓷、透明陶瓷、锂电池等新材料领域。因此，制备一种耐磨高纯氧化铝研磨介质，是制备高纯超细氧化铝粉体一种简洁，快速，省力的途径。

目前作为研磨介质的氧化铝球，其通用工艺流程为配料，球磨，造粒，滚动成型和烧结。但目前查到的专利中制备的氧化铝球的纯度都无法满足市场的需求，纯度较低，耐磨性差，满足不了现在客户纯度的需求，如中国专利CN102491735A, CN104150882A等专利的

发明内容

都没法解决产品纯度和强度的问题，致使这些研磨介质都无法应用到高纯超细氧化铝应用领域。

本发明是采用醇盐水解法制备高纯拟薄水铝石为原料，通过大量技术公关，突破高纯氧化铝球制备的技术难题，提供了一种制备耐磨高纯氧化铝研磨介质的全新思路。

发明内容

本发明的目的是通过对目前滚动成型方法制备氧化铝研磨球的存在的问题的分析，根据粉体特性、成型及烧结机理，克服了现有技术中氧化铝研磨球纯度低、耐磨性差的问题，提供一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法。

本发明所述的耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法包括如下步骤：

A）将醇盐水解法制备的高纯拟薄水铝石，在500-1100℃一次低温焙烧制备过渡态氧化铝，经气流磨流态化处理，在1150-1300℃二次高温焙烧得到高纯氧化铝。

B）将95氧化铝研磨球（氧化铝含量95%）与上述氧化铝粉按10-2:1质量比加入到研磨机中，加入高纯水、分散剂，进行湿法研磨4-6小时，得到浆料；

C）浆料过325目尼龙筛，然后干燥得到单分散纯相α-氧化铝超细粉体；

D）将上述高纯拟薄水铝石制备高纯铝溶胶，然后喷雾造粒制备球形氧化铝前驱体，然后600-1150℃焙烧，得到40-100um大小的球形氧化铝种子。

C）进行滚动成型，首先加入小球种子；然后不断加入制备的粉体，喷洒胶黏剂，不断滚动、长大，最后得到粒径为1-20mm的氧化铝球坯体；

D）将高纯氧化铝球坯体导入液态橡胶中进行浸渍，取出，晾干，固化，接着放入冷等静压设备中，进行二次加压成型，然后在250-450℃脱胶；

E）放入高温窑炉，在1450-1600℃下进行烧结1-6小时，然后自磨抛光，最后得到成品。

F）然后使用制备的氧化铝研磨介质,通过迭代方式操作，制备的氧化铝纯度不断提高升级，最终得到纯度4N以上的高纯氧化铝研磨球。

优选的，步骤A）所述醇盐法制备的5N高纯氧化铝粉的工艺条件为：将异丙醇铝水解制备的高纯拟薄水铝石在900-1050℃一次焙烧制备过渡态氧化铝，然后气流磨流态化处理，在1170-1200℃焙烧得到高纯氧化铝；

优选的，步骤B）所述高纯水与5N高纯氧化铝粉的重量比为5：1-2:1；

优选的，步骤B）所述分散剂为聚丙烯酸氨、OP-10，SPAN-80等,使用量为高纯水重量的0.01-0.5%；

优选的，步骤C）中所述滚动成型方法的转动转速20-100转/分；

优选的，步骤C）中水溶液胶黏剂为有机胶黏剂可以是PVA，羟甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，明胶，其中的一种或两种以上混合物，与高纯铝溶胶的复合粘结剂，有机胶黏剂：高纯铝溶胶：去离子水为10-20%：0.5-10%：70-85%；；

优选的，步骤C)中所述高纯铝溶胶是由醇盐水解法制备的高纯拟薄水铝石，加入高纯水，高纯拟薄水铝石占去离子水比例为10-30%，然后加入硫酸，硝酸，醋酸，草酸中的一种或者两种及以上，经过80-90℃条件，搅拌0.5-24h成胶制得。

优选的，步骤D)中的冷等静压压力为80-120Mpa，进行二次加压成型，然后在350-450℃进行脱胶；

优选的，步骤E)中的烧结制度是在1450-1600℃温度下烧结4-6小时，然后缓慢降温，直至室温。

优选的，采用制备升级的氧化铝球不断研磨高纯氧化铝粉，迭代方式操作，不断升级提纯，最终制备纯度4N以上耐磨高纯氧化铝研磨球。

本发明首先采用醇盐法制备单分散性高纯纳米氧化铝，单一晶型纯α-Al₂O₃，晶粒尺寸小于200nm，提供了高烧结活性氧化铝原料；其次，采用有机粘结剂与高纯铝溶胶复合粘结剂,有机粘结剂提高了低温下的坯体粘结强度，铝溶胶增加了高温下陶瓷的粘结性能；再次，采用铝溶胶喷雾造粒制备的球形氧化铝为种子，此方法制备的种子流动性好，尺寸小且均一，大小容易控制；从次，滚动预成型与冷等静压成型相结合的方法，解决了目前单纯使用滚动成型，坯体烧成后致密度低强度、耐磨性差等不足；最后，通过迭代更新的制备思路，提高终产品的纯度。此工艺使得烧结后氧化铝球高致密度和强度大幅度提高，最终制备细晶、低磨耗、高强度的高纯氧化铝研磨球且随着迭代更新，产品纯度不断升级。

磨耗检测方法：

（1）磨罐采用10L聚氨酯罐；

（2）耐磨冲击试验机：装3kg氧化铝球、1kg氧化铝粉和3L自来水，以100r/min 连续运行；

（3）研磨10h,取出样品用水清洗，烘干备用；

（4）研磨前后称量，计算磨耗。

具体实施方式

实施例1

（1）超细粉体制备

将醇盐法制备的高纯拟薄水铝石，1000℃一次烧结2小时，然后气流磨处理，然后在1170℃进行二次焙烧3小时，得到高纯氧化铝原粉；将95%氧化铝研磨球与上述高纯氧化铝粉按2：1质量比加入到研磨机中，按比例氧化铝：水=3：7，加入高纯水、添加纯水重量0.1%的分散剂聚丙烯酰胺，进行湿法研磨10小时，得到浆料；浆料过325目尼龙筛，喷雾干燥得到超细粉体；

（2）球种子制备

将步骤（1）中制备的高纯拟薄水铝石，加入去离子水，拟薄水铝石：去离子水比例为20%：80%，然后加入硝酸调节PH=4，85℃搅拌6小时，得到高纯铝溶胶。然后喷雾造粒制备球形氧化铝前驱体，900℃焙烧，得到80微米的球形氧化铝种子；

（3）氧化铝球坯体制备

将小球种子加入到成球盘中，不断加入步骤（1）中制备的超细粉体，喷洒PVA与铝溶胶复合胶黏剂，不断滚动、长大，得到粒径为3mm的氧化铝球；接着导入液态聚氨酯橡胶中进行浸渍，取出，晾干，固化；然后放入冷等静压100Mpa设备中加压成型，最后得到2.8mm的氧化铝球坯体；

（4）研磨球制备

将步骤（3）中的球坯体在350℃条件下脱胶，1500℃下烧结4小时，然后自磨抛光，最后得到2.2mm的氧化铝研磨球，取样测试，结果见表1。

实施例2

本实施例的一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：采用实施例1制备的研磨球作为研磨介质（一次迭代），其他过程与实施例1保持一致，得到二次迭代研磨球，多次迭代操作后，最终得到高纯氧化铝研磨球，结果见表1。

实施例3

本实施例的一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：不经过一次低温煅烧，高纯拟薄水铝石在1200℃进行焙烧3小时，得到高纯氧化铝原粉；其他过程与实施例1保持一致，最后得到氧化铝研磨球。

实施例4

本实施例的一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：滚动成型过程中，采用PVA粘结剂，其他过程与实施例1保持一致，最终得到氧化铝研磨球。

实施例5

本实施例的一种耐磨纯高氧化铝研磨球的制备方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：滚动成型后，不采用等静压成型，其他过程与案例1保持一致，最终得到氧化铝研磨球。

实施例6

本实施例的一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：采用五次迭代研磨球进行研磨制备，滚动成型球大小10mm，其他过程与案例1保持一致，最终得到8mm氧化铝研磨球。

实施例7

本实施例的一种耐磨高纯氧化铝研磨球的制备方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：采用制备的超细粉滚动成型制备种子，其他过程与案例1保持一致，最终得到氧化铝研磨球。

表1

样品名称	Na（ppm）	Mg（ppm）	Ca（ppm）	Fe（ppm）	Zr（ppm）	Si（ppm）	真实密度g/cm<sup>3</sup>	磨耗（g/kg-10h）
									高纯氧化铝粉	2.3	1.1	0.5	1.5	0.2	1.8	---	----
95氧化铝球	0.2%	0.5%	0.5%	0.3%	0.05%	2.5%	3.72	46.22
									一次迭代研磨球	232.7	180.2	106.5	186.9	171.6	668.6	3.89	17.43
二次迭代研磨球	65.2	52.3	44.4	52.3	72.9	157.1	3.95	8.39
									三次迭代研磨球	45.2	30.0	14.6	32.9	22.1	48.6	3.3	2.06
四次迭代研磨球	25.2	15.6	9.2	18.3	25.1	30.2	3.96	1.24
									五次迭代研磨球	20.1	11.6	8.0	22.3	20.8	24.3	3.94	1.55
六次迭代研磨球	15.6	10.3	6.6	18.0	17.3	18.2	3.93	1.28
									七次迭代研磨球	8.5	3.4	1.2	6.9	8.2	7.4	3.94	1.26
八次迭代研磨球	7.5	4.2	0.8	10.3	6.6	6.7	3.93	1.45
									九次迭代研磨球	8.5	4.4	1.5	9.1	5.9	8.2	3.95	1.32

表2

实施例

粉体制备方式

粘结剂

种子

成型方式

粒径mm

真实密度g/cm<sup>3</sup>

磨耗（g/kg-10h）

实施例1

低温+高温

PVA+铝溶胶

铝溶胶制种

滚动成型+冷等静压

2-3

3.90

46.76

实施例2

低温+高温

PVA+铝溶胶

铝溶胶制种

滚动成型+冷等静压

2-3

3.96

1.36

实施例3

高温

PVA+铝溶胶

铝溶胶制种

滚动成型+冷等静压

2-3

3.81

38.20

实施例4

低温+高温

PVA

铝溶胶制种

滚动成型+冷等静压

2-3

3.78

29.47

实施例5

低温+高温

PVA+铝溶胶

铝溶胶制种

滚动成型

2-3

3.75

48.20

实施例6

低温+高温

PVA+铝溶胶

铝溶胶制种

滚动成型+冷等静压

8-9

3.94

1.42

实施例7

低温+高温

PVA+铝溶胶

滚动制种

滚动成型+冷等静压

2-3

3.85

5.26

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。