氧化鋁陶瓷按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種,有時Al2O3含量在80%或75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷系列。其中,99氧化鋁瓷材料用于制作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料,如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等;95、92氧化鋁瓷主要用作陶瓷研磨體等耐腐蝕、耐磨部件;85瓷中由于常摻入部分滑石,提高了電性能與機(jī)械強(qiáng)度,有的用作電真空裝置器件。
將入廠的氧化鋁粉按照不同的產(chǎn)品要求與不同成型工藝制備成粉體材料,粉體粒度在1μm以下,若制造高純氧化鋁陶瓷制品,除氧化鋁純度在99.99%外,還需很細(xì)粉碎且使其粒徑分布均勻。采用擠壓成型或注射成型時,粉料中需引入粘結(jié)劑與可塑劑,一般為重量比在10%~30%的熱塑性塑膠或樹脂,有機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)與氧化鋁粉體在150℃~200℃溫度下均勻混合,以利于成型操作。采用熱壓工藝成型的粉體原料則不需加入粘結(jié)劑。若采用半自動或全自動干壓成型,對粉體有特別的工藝要求,需要采用噴霧造粒法對粉體進(jìn)行處理,使其呈現(xiàn)圓球狀,以利于提高粉體流動性,便于成型中自動充填模壁。此外,為減少粉料與模壁的摩擦,還需添加1%~2%的潤滑劑,如硬脂酸及粘結(jié)劑PVA。
欲干壓成型時,需對粉體噴霧造粒,其中引入聚乙烯醇作為粘結(jié)劑。上海某研究所開發(fā)了一種水溶性石蠟用作Al2O3噴霧造粒的粘結(jié)劑,在加熱情況下有很好的流動性。噴霧造粒后的粉體必須具備流動性好、密度松散、流動角摩擦溫度小于30℃、顆粒級配比理想等條件,以獲得較大素坯密度。氧化鋁陶瓷干壓成型方法有單軸向或雙向,壓機(jī)有液壓式、機(jī)械式兩種,可呈半自動或全自動成型方式。壓機(jī)較大壓力為200MPa,產(chǎn)量每分鐘可達(dá)15~50件。
干壓過程中,粉體顆粒均勻分布對模具充填非常重要,充填量準(zhǔn)確與否對制造的氧化鋁陶瓷零件尺寸精度控制影響很大。粉體顆粒以大于60μm、介于60~200目之間,可獲較大自由流動效果,取得較好壓力成型效果。
將顆粒狀陶瓷坯體致密化并形成固體材料的技術(shù)方法叫燒結(jié)。燒結(jié)即將坯體內(nèi)顆粒間空洞排除,將少量氣體及雜質(zhì)有機(jī)物排除,使顆粒之間相互生長結(jié)合,經(jīng)過合理的熱工制度控制,形成以剛玉為主的微晶陶瓷結(jié)構(gòu)。
微晶氧化鋁陶瓷研磨體具有如下特點(diǎn),特別適合水泥球磨機(jī)應(yīng)用技術(shù)的要求。
1.硬度大:經(jīng)中科院上海硅酸鹽研究所測定,其洛氏硬度為HRA80~90,硬度僅次于金剛石,遠(yuǎn)遠(yuǎn)很過耐磨鋼和不銹鋼的耐磨性能。
2.耐磨性能很好:經(jīng)中南大學(xué)粉末冶金研究所測定,其耐磨性相當(dāng)于錳鋼的266倍、高鉻鑄鐵的171.5倍。根據(jù)客戶跟蹤調(diào)查,在同等水泥粉磨工況下,可至少延長研磨體使用壽命10倍以上。
3.重量輕:其密度為3.6~3.8g/cm3,僅為鋼鐵的一半,可大大減輕設(shè)備負(fù)荷。
4.主要技術(shù)指標(biāo)如下:
氧化鋁陶瓷含量≥92%
密度≥3.6g/cm3
洛氏硬度≥80HRA
抗壓強(qiáng)度≥850MPa
斷裂韌性KΙC≥4.8MPa·m1/2
抗彎強(qiáng)度≥290MPa
導(dǎo)熱系數(shù)20W/m·K
熱膨脹系數(shù)7.2×10-6m/m·K
5.發(fā)展趨勢:氧化鋁陶瓷作為先進(jìn)陶瓷中應(yīng)用較廣的一種材料,伴隨著整個行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢。
(1)技術(shù)裝備水平將快速提高:計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了先進(jìn)陶瓷材料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展。如自動控制連續(xù)燒結(jié)窯爐、大功率大容量研磨設(shè)備、高性能制粉造粒設(shè)備、等凈壓成型設(shè)備等先進(jìn)的成套設(shè)備,有力地推動了行業(yè)整體水平的提高,同時,在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等方面也都有明顯改善。
(2)產(chǎn)品質(zhì)量水平不斷提高:國內(nèi)微晶氧化鋁陶瓷制品從無到有,產(chǎn)業(yè)規(guī)模從小到大,產(chǎn)品質(zhì)量從低到較高,經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的歷程。
(3)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將迅速擴(kuò)大:微晶氧化鋁陶瓷制品作為其他行業(yè)或領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料,受到其他行業(yè)發(fā)展水平的影響和限制。從氧化鋁陶瓷的應(yīng)用情況看,其應(yīng)用范圍越來越寬,用量越來越大,特別是在新型干法生產(chǎn)中的水泥粉磨系統(tǒng)和建筑陶瓷方面尤為顯著。