超细研磨是制备高性能、高纯度、低污染的超细陶瓷粉体的首选设备。正确选用研磨介质是提高搅拌磨超细粉碎效率、降低综合成本、质量合格、成本合理的超细粉体的关键。

 

搅拌磨粉碎是依靠磨腔中机械搅拌棒、齿或片带动研磨介质球运动，利用研磨介质球之间的挤压力和剪切力使物料粉碎。

 

由于搅拌磨主要是通过磨腔中央的搅拌器将能量传给研磨介质球来使物料粉碎，其粉碎效果的好坏，取决于研磨介质球能量的转化利用率及能量在磨腔内的消耗情况。因此制备高密度、高硬度、低磨耗值的研磨介质球成了关键。

 

研磨介质球的制备

 

研磨介质球的制备工艺，主要包括造粒粉的制备、球核的制备、球坯的滚制成型、球坯的压制与烧结等。

 

粉体制备

 

目前，粉体的制备方法有很多种，一般可分为三种：固相法、液相法和气相法。

 

（1）固相法

固相法就是以固态物质为出发原料来制备粉末的方法。它包括碳热还原法和自蔓延高温合成法（SHS）等。

 

（2）液相法

液相法包括沉淀法和溶剂蒸发法。从溶液制备粉末的方法其特点是：易于控制组成，能合成复合氧化物粉末，添加微量成分很方便，可获得良好的混合均匀性等。

 

（3）气相法

由气相生成微粉的方法有如下两种：一是系统中不发生化学反应的蒸发-凝聚法

（PVD），另一种是气相化学反应法（CVD）

 

球核制备

 

球核的选取对陶瓷球的滚制成型有很重要的影响，球核的球形度影响着长大后陶瓷球的球形度，因此陶瓷球球核要有比较好的球形度。球核的密实度对陶瓷球的成型密度有重要影响，球核密度越高成型后的球坯密度也越高。

 

主要有三种比较实用的方法可以制备选取球核：

 

第一种是通过喷雾造粒直接制取球核，喷雾造粒的球核特点是密度小球形度好可以批量生产；

 

第二种是用造粒粉先干压成型，然后再把干压成型的素坯捣碎研磨使碎坯成球然后过筛，此球核特点是球核密度高不易实现自动化；

 

第三种是选取前一次滚制成球时筛分出来的小球作为下一批滚制时的球核，此方法简单实用成型球坯致密度较高。

 

球坯成型

 

（1）球坯的制备

对于大尺寸磨球，多采用冷等静压成型工艺，即先将粉体料浆喷雾造粒，然后装入特殊设计的硬橡胶模袋中进行冷等静处理获得球坯。该工艺所得坯体致密度高，烧结成瓷材质好，密度高。但由于模具限制，其球坯圆度不好，表面形成的棱边需进一步打磨处理，同时，该工艺设备投资费用大，生产成本高。

 

国内生产研磨介质小球也有采用滚制成型工艺，粉体直接滚制法使用简单廉价的旋转滚球机，先加入预制的球坯晶种，然后边旋转喷水雾边添加陶瓷粉体，粉体不断粘附于晶种表面逐渐长大，最终得到所需尺寸的球坯。

 

目前，滚制成型法制备陶瓷小球技术已获得了比较广泛的应用。

 

（2）陶瓷球的制备

 

干燥：滚制成型过程中需要喷洒水雾等溶液，因此滚制成型好的球坯含有过多的水分必须烘干处理。

 

蜡封：如果是采用等静压成型，滚制成型好的球坯经过干燥后，还需对球坯进行蜡封处理，因为等静压成型必须要保证成型器件是个单独的个体，所以需要把每个球坯要隔离开来。

 

烧结：烧结方法按烧结助剂来分可以分为固相烧结和液相烧结，按烧结方法可以分为无压烧结、热压烧结、反应烧结等。

 

研磨介质对超细粉碎的影响

 

1.研磨介质的硬度、密度的影响

 

研磨介质的密度、硬度对研磨效率起重要作用：介质密度愈大，研磨效率愈高；硬度越高，磨耗越小，产品的纯度越易得到保证；但是在浆料比重和粘度一定的条件下，研磨介质的密度和硬度也并非越高越好，追求过高的密度和硬度，不仅会带来高成本，而且将产生不良作用。

 

过高密度的研磨介质将造成研磨介质在桶内分布不均，且密度差异越大，分布越不合理，研磨介质相互间挤压的几率增大。轻则研磨介质磨耗增大，粉碎研磨效率降低；重则研磨介质被挤碎（碎裂），被磨剥掉皮，大量的研磨介质碎屑进入产品，造成产品最大粒径失控。

 

硬度大必然韧性差，耐冲击性能也差。在研磨介质高速冲击（碰撞）被磨物料的同时，也容易造成自身的破碎，增加自身和与其它研磨介质被击碎的可能性。

 

2.研磨介质大小的影响

 

研磨介质的比表面积对粉碎效率影响很大，研磨介质愈小，比表面积愈大，研磨介质与物料的接触面积愈大，粉碎效率愈高。

 

搅拌磨中粉碎速度主要与以下因素有关：介质球接触面积、介质球的碰撞频率、两球接触点处所挤入粉体的体积、对两球与被挤入物料之间所施加外力的形式及大小、被粉碎物料的机械强度等。

 

介质粒径的大小须视物料粒度和要求产品粒度而定。产品粒度越细，介质的粒径越小；通常介质粒径必须大于50-100倍的给料平均粒径。

 

参考来源

钱效林.研磨介质和助磨剂对超细粉碎的影响

刘惟等.氧化锆陶瓷磨球的滚制成型法制备技术与性能研究

刘银波.碳化硅陶瓷的固相烧结与研磨介质球的制备