氧化鋁球含量大于90%的瓷球具有硬度高、密度大、磨耗小、耐腐蝕和性價(jià)比高等特點(diǎn),作為研磨介質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于建筑衛(wèi)生陶瓷、工業(yè)陶瓷、電子陶瓷、高檔耐火材料、特種水泥、非
氧化鋁球含量大于90%的瓷球具有硬度高、密度大、磨耗小、耐腐蝕和性價(jià)比高等特點(diǎn),作為研磨介質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于建筑衛(wèi)生陶瓷、工業(yè)陶瓷、電子陶瓷、高檔耐火材料、特種水泥、非金屬礦物以及涂料、油漆等行業(yè)。
1、高鋁瓷球常見的質(zhì)量缺陷
目前,國內(nèi)外生產(chǎn)的高鋁瓷球主要以a氧化鋁粉為主要原料,通過配料、球磨、成型和高溫?zé)傻榷嗟拦ば蛑谱鞫?。成型方式主要有半等靜壓(干袋法)成型、等靜壓成型和滾制成型。
燒成窯爐主要有高溫隧道窯和梭式窯。高鋁瓷球常見的質(zhì)量缺陷分為:
(a)外觀質(zhì)量缺陷如斑點(diǎn)、起泡、粘損和風(fēng)晶;
(b)性能缺陷,包括腰裂、生燒、磨耗大和指甲紋。通過對(duì)國內(nèi)外高鋁瓷球進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)指甲紋缺陷均不同程度地存在于高鋁瓷球的大尺寸產(chǎn)品中,且很難che底消除,因此本文對(duì)指甲紋缺陷的成因與對(duì)策做了重點(diǎn)分析。
2、常見質(zhì)量缺陷的原因分析及處理方法
2.1斑點(diǎn)
因高鋁瓷球本體為白色,如果出現(xiàn)斑點(diǎn)將特別明顯,且易于發(fā)現(xiàn)。根據(jù)斑點(diǎn)多少及尺寸,大體分為以下三種情況。
(1)斑點(diǎn)較少,且直徑小于lmm。出現(xiàn)這種情況的斑點(diǎn)缺陷,主要是由于a氧化鋁粉中鐵雜質(zhì)以及各種輔料中鐵含量超過0.3%而引起的;
(2)斑點(diǎn)較多,且直徑小于2mm。這可能是由于球磨機(jī)掉磚,或球磨和噴霧過程中漿料未除鐵等原因造成。
(3)頂層出現(xiàn)斑點(diǎn),且斑點(diǎn)較大。這一般是由窯爐預(yù)熱帶風(fēng)管帶入鐵銹或耐火磚掉入產(chǎn)品表面所致。
綜上所述,為減少或除斑缺陷應(yīng)使用純凈的Q氧化鋁粉及其它fu助原料;在放漿、噴粉和放料時(shí)均需多次除鐵,并及時(shí)清理除鐵器;要定期清理窯爐各風(fēng)管。
2.2起泡
起泡缺陷一般出現(xiàn)在滾制成型工藝制作的高鋁瓷球中。由于滾制成型時(shí)成品球坯是通過許多半成品小球之間的互相碰撞長(zhǎng)大并完成致密化過程,在滾制最終完成前需要進(jìn)行10~120min的拋光,以調(diào)整半成品球坯的球形度和表面光潔度。燒成時(shí)由于球坯表面溫度高,首先燒結(jié)并形成致密表面層,zu礙內(nèi)部水分的蒸發(fā)、排出,從而導(dǎo)致成品瓷球表面起泡?;谝陨显?,為消除起泡缺陷:
(1)在滾制高鋁瓷球坯體的過程中,應(yīng)兼顧半成品致密度和光潔度,同時(shí)盡量減少出鍋前的拋光時(shí)間。
(2)減少pei方中低溫熔劑和高溫易揮發(fā)物質(zhì)的含量。
(3)燒制前烘干半成品水分,使其不能超過0.3%。
2.3粘損
瓷球的粘損缺陷較為常見。高鋁瓷球采用高溫?zé)晒に?溫度會(huì)高達(dá)1520℃),為確保燒成產(chǎn)品的性能,常常需要在高溫下進(jìn)行2~10h保溫。一旦高溫時(shí)出現(xiàn)較多液相,就會(huì)出現(xiàn)瓷球與瓷球之間,以及瓷球與碳化硅硼板之間的粘損。
針對(duì)此問題的處理方法:
(1)在瓷球與瓷球、瓷球與碳化硅硼板、瓷球與立柱之間,通過撒剛玉砂、放剛玉墊板等進(jìn)行隔離;
(2)在兼顧產(chǎn)量的同時(shí)減少每層瓷球的裝窯高度;
(3)設(shè)計(jì)固相燒結(jié)pei方,減少瓷球內(nèi)部出現(xiàn)的玻璃相,在燒成溫度范圍的下限燒成,適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間。以上措施均能很好地解決粘損缺陷,提高產(chǎn)品合格率。
2.4風(fēng)晶
風(fēng)晶缺陷是指在窯爐冷卻帶高鋁瓷球出現(xiàn)的風(fēng)晶炸裂。這主要是因?yàn)楫a(chǎn)品在高溫?zé)汕闆r下已到達(dá)致密化,燒結(jié)瓷化的高鋁瓷球具有較小的氣孔率,而在冷卻至570℃和790℃時(shí),石英相變產(chǎn)生較大的體積變化而導(dǎo)致產(chǎn)品炸裂。
因此一旦出現(xiàn)風(fēng)晶炸裂情況時(shí),如果是輥道窯或隧道窯要及時(shí)降低進(jìn)窯車速度,降低冷卻帶的進(jìn)風(fēng)量,調(diào)整產(chǎn)品裝窯高度,并避免冷風(fēng)直接吹向熱的產(chǎn)品;如果是梭式窯只需降低冷卻風(fēng)進(jìn)風(fēng)量即可。風(fēng)晶炸裂在滾制成型的大尺寸(一般(p20mm以上)瓷球中出現(xiàn)較多,很少出現(xiàn)在半等靜壓或等靜壓成型的高鋁瓷球中。這是因?yàn)闈L制成型瓷球難以釋放石英相變產(chǎn)生的應(yīng)力。因此,在滾制成型方式制備高鋁瓷球的組成pei方設(shè)計(jì)上,應(yīng)盡量降低出現(xiàn)游離SiO:的可能性,zui好在pei方設(shè)計(jì)上考慮促進(jìn)形成一定量的莫來石或尖晶石的生成,來防zhi風(fēng)晶缺陷的產(chǎn)生。
2.5腰裂
腰裂是一種在出窯產(chǎn)品中很難直接被發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)的缺陷,它是在高鋁瓷球預(yù)磨完后表面出現(xiàn)的環(huán)形裂紋。該裂紋較多地位于球冠下方5mm處左右,并因此而得名。缺陷嚴(yán)重時(shí)會(huì)有0.5mm寬度的裂紋環(huán)繞瓷球一周。含有該缺陷的瓷球在使用過程中會(huì)出現(xiàn)碎球、裂球等嚴(yán)重質(zhì)量事故。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),這種裂紋在半成品球坯中既已存在,主要集中出現(xiàn)在全自動(dòng)化半等靜壓成型的瓷球中。主要原因是粉料空心度大、流動(dòng)性差,導(dǎo)致在成型過程中產(chǎn)生大量的高壓密閉氣體無法順利及時(shí)排除所致,從而在燒制排氣的過程中留有成片分布的裂紋區(qū)域,預(yù)磨去高鋁瓷球外表層后,腰裂就顯露出來了。出現(xiàn)腰裂情況時(shí)
要及時(shí)調(diào)整前期原料制備工藝,以增加粉料流動(dòng)性,并延長(zhǎng)壓機(jī)泄壓和保壓時(shí)間;采用煤油進(jìn)行半
成品浸泡篩選(砸開半成品才能看見);如遇半成品球石異形就需更換橡膠模具;延長(zhǎng)產(chǎn)品燒成時(shí)經(jīng)過
1000~1300℃溫度區(qū)間的升溫時(shí)間。采取以上措施可以che底地解決高鋁瓷球出現(xiàn)腰裂的問題。
2.6生燒
生燒缺陷指的是高鋁瓷球由于未充分燒結(jié)致密化而使理化性能不達(dá)標(biāo)的情況。一般可通過檢測(cè)瓷球吸水率、比重等指標(biāo)加以判斷。高鋁瓷球若出現(xiàn)生燒的情況,排除簡(jiǎn)單停電、停氣等生產(chǎn)因素外,技術(shù)角度分析的直接原因可能有:配料差錯(cuò)、漿料粒度偏粗、球磨時(shí)間不夠、成型壓力和窯爐溫度波動(dòng)等。在上述所有工藝控制點(diǎn)都確定無差錯(cuò)的情況下,則需考慮更換Q氧化鋁粉和pei方。
2.7磨耗大
磨耗大缺陷指在高鋁瓷球正常生產(chǎn)的情況下,部分產(chǎn)品磨耗突然變大,超出正常波動(dòng)范圍,無法判定為合格產(chǎn)品的。磨耗作為研磨介質(zhì)的重要指標(biāo),直接影響高鋁瓷球的品zhi。出現(xiàn)磨耗大的情況主要原因有:
(i)原料性能指標(biāo)急劇下降、雜質(zhì)多;
(2)高鋁瓷球出現(xiàn)生燒情況;
(3)高鋁瓷球內(nèi)部晶粒異常長(zhǎng)大,過燒產(chǎn)生大量氣孔;
(4)pei方體系不穩(wěn)定,燒成溫度窄。針對(duì)磨耗突然變大的情況,應(yīng)選擇穩(wěn)定的原料供應(yīng)商,做到每批必檢,如遇到不合格原料要盡量不用、少用;出現(xiàn)生燒的高鋁瓷球要進(jìn)行返燒處理;降低窯爐zui高燒成溫度,延長(zhǎng)保溫時(shí)間,避免晶粒因過燒異常長(zhǎng)大;同時(shí)確保高鋁瓷球內(nèi)部燒制均勻性;重新選擇燒成溫度較寬的pei方體系,并可以加入微量MgO,在晶界處形成鎂鋁尖晶石yi制晶粒異常長(zhǎng)大。
2.8指甲紋
指甲紋缺陷普遍存在國內(nèi)外的高鋁瓷球產(chǎn)品中,且呈現(xiàn)產(chǎn)品尺寸越大,指甲紋越多的情況。指甲紋在半成品中也無法檢測(cè),只能在高鋁瓷球預(yù)磨后才被發(fā)現(xiàn),分布在產(chǎn)品表面呈彎曲狀的、間斷的裂紋,隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng),指甲紋也將變深、變寬。有指甲紋的高鋁瓷球在作為研磨介質(zhì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)掉渣、磨耗大等問題。指甲紋的出現(xiàn)是與高鋁瓷球生產(chǎn)的整個(gè)技術(shù)工藝系統(tǒng)有關(guān)。歸納起來主要有:
2.8.1原料使用問題
高鋁瓷球采用a相氧化鋁粉作為主要原料,a相氧化鋁粉的轉(zhuǎn)化率直接決定產(chǎn)品中指甲紋的多少。若a相轉(zhuǎn)化率達(dá)不到92%以上,其中含有大量的7相氧化鋁粉會(huì)在產(chǎn)品燒制過程中產(chǎn)生收縮相變,從而導(dǎo)致指甲紋的出現(xiàn)。
2.8.2制粉工藝的問題
高鋁瓷球的粉料均采用漿料經(jīng)壓力式噴霧干燥制備,漿料的粘度、水分決定所得粉料的顆粒級(jí)配、球形度、容重和粘粉等指標(biāo)。如果大部分的粉料球形度不夠、流動(dòng)性不好、存在空心粉,則在壓制的半成品中出現(xiàn)封閉的氣孔。在高鋁瓷球燒結(jié)的過程中由于氣孔會(huì)隨著晶界傳遞,最終會(huì)形成聯(lián)通的閉氣孔,該閉氣孔處在球磨過程中由于強(qiáng)度低于周邊環(huán)境,而產(chǎn)生彎曲的指甲紋。
2.8.3粘結(jié)劑的問題
高鋁瓷球均采用干粉成型,為提高在半等靜壓和等靜壓成型過程半成品率和半成品強(qiáng)度,常會(huì)在pei方中加人大量粘結(jié)劑。粘結(jié)劑會(huì)在產(chǎn)品燒結(jié)過程中產(chǎn)生大量灰分和高壓氣體,在內(nèi)部無法順暢排出,而產(chǎn)生指甲紋,所以應(yīng)減少粘結(jié)劑的使用量或采用燒后無殘留的添加劑。
2.8.4成型壓力問題
指甲紋缺陷在滾制成型的產(chǎn)品中較少出現(xiàn),這是由于滾制過程的沖擊作用破壞了原始粉料結(jié)構(gòu)。高鋁瓷球在半等靜壓和等靜壓成型時(shí),由于目前設(shè)計(jì)壓力無法達(dá)到che底壓碎原料粉的內(nèi)
部結(jié)構(gòu),使半成品不夠致密,導(dǎo)致燒制產(chǎn)品內(nèi)部
出現(xiàn)指甲紋。通過對(duì)比國內(nèi)外高鋁瓷球產(chǎn)品發(fā)
現(xiàn),成型壓力越大指甲紋越少,等靜壓比半等靜
壓的產(chǎn)品中指甲紋少。
2.8.5燒成問題
燒成在高鋁瓷球消除指甲紋缺陷時(shí)也非常重要,排除窯爐設(shè)計(jì)問題,燒成的溫度、保溫時(shí)間、升溫曲線直接決定指甲紋的多少。高鋁瓷球在燒成過程中存在揮發(fā)游離水和結(jié)晶水、收縮、相變、重結(jié)晶等復(fù)雜過程。為此,在1000~1350℃范圍內(nèi),發(fā)生急劇燒成收縮的過程中,要延長(zhǎng)保溫時(shí)間,同時(shí)燒成帶的溫差不能超過5。C,以盡量避免出現(xiàn)燒成不一致情況。
3 結(jié)論
通過以上對(duì)國內(nèi)外高鋁瓷球常見質(zhì)量缺陷的分析總結(jié),不難發(fā)現(xiàn)控制和消除這些缺陷主要需從以下幾個(gè)方面入手。采用優(yōu)選的原料與pei方體系,增加其穩(wěn)定性與實(shí)用性;嚴(yán)格控制、調(diào)整制粉工藝,以制備出流動(dòng)性好、球形度高、實(shí)心的造粒粉;根據(jù)產(chǎn)品的使用要求,采用合適的成型工藝制備相應(yīng)的高鋁瓷球球坯,不同成型工藝所致球坯出現(xiàn)燒成缺陷的種類不同,消除缺陷的措施方法也不同;合理的燒成工藝尤其重要,這在很大程度上直接決定了產(chǎn)品的最終性能。如以上各方面的對(duì)策措施得力,將大大提高高鋁瓷球的產(chǎn)品合格率與產(chǎn)品整體性能。