研磨球

指的是以鋁礬土、輥棒粉、工業氧化鋁粉、高溫煅燒阿爾法氧化鋁粉等材料為原料，經過配料、研磨、制粉（製漿、制泥）、成型、乾燥、燒成等工序製作而成的，主要作為研磨介質而被廣泛使用的球石。

基本介紹

• 中文名：研磨球
• 外文名：Grinding balls
• 原料：鋁礬土、輥棒粉、工業氧化鋁粉
• 原理：高溫煅燒
• 磨罐：磨罐採用聚胺酯罐
• 學科：選礦學

定義

球磨機廣泛套用於冶金、礦產、電力、建材、化工等領域，是最為普遍使用的粉碎設備。研磨介質是球磨機
內滾動的球或圓柱物體。普通球磨機的研磨介質主要是金屬球、圓柱，而在陶瓷生產業中，使用的主要是陶瓷
研磨介質，其次是天然的燧石和鵝卵石。我國上市的陶瓷研磨介質主要包括氧化鋁、氧化鋯、碳化矽、氮化矽等系列品種。

氧化鋁研磨球

氧化鋁瓷球是一種重要的工程陶瓷，屬高科技產品。由於合適的硬度、適中的密度、耐磨、耐腐蝕、價格低的特點，以及金屬球金屬雜質引入的問題，因此氧化鋁瓷球被廣泛套用於白色水泥、礦物、陶瓷、電子材料、磁性材料以及塗料、油漆等行業的原材料的粉磨和加工，是一種優質的研磨介質。在建築陶瓷行業中，氧化鋁瓷球的磨損效率比天然的燧石和鵝卵石提高。隨著優質天然球石資源的減少，普通瓷球磨損率高的特點，氧化鋁瓷球將被越來越多的陶瓷廠家所使用根據不同的氧化鋁含量，可以分為中鋁球、中高鋁球和高鋁球一般我們把60%—65%氧化鋁含量的劃為中鋁球，75%—80%氧化鋁含量的稱為中高鋁球，90%以上氧化鋁含量的為高鋁球。其中高鋁球又細分為90瓷、92瓷、95瓷和99瓷。99瓷由於其極高的生產成本而很少有大型廠家大批量製造，主要為部分特種陶瓷廠通過手工製作。

研磨球

中鋁球和中高鋁球由於其較低的價格，而被大部分陶瓷廠所接受，主要用於研磨陶瓷坯料。高鋁球由於其具有高強度、高硬度、高耐磨性，比重大、體積小、耐高溫、耐腐蝕、無污染等優異特性而被廣泛的運用於不同類型的陶瓷、瓷釉、玻璃、化工等等工廠的厚硬材質精加工和深加工，其中尤以92含量的高鋁球使用最為普遍。

實驗室檢測氧化鋁研磨球的耐磨性和耐衝擊性的方法：本方法是通過氧化鋁球在聚胺脂罐中，以規定的條件衝擊研磨，考核球的衝擊性能，以單位時間磨耗表示氧化鋁球的耐磨性能。

（1）磨罐採用聚胺酯罐。內徑200mm，長220mm。

（2）耐磨衝擊試驗機：能保證使內裝4kg氧化鋁球和4L自來水的A2磨罐，以80r/min 連續運行。

（3）試驗製備：外觀質量和外觀尺寸合格的氧化鋁球樣品約4kg左右，裝入A2磨罐，加4L自來水，在耐磨衝擊試驗機上以 80r/min 研磨2h。取出樣品用水清洗，烘乾備用。

（4）試驗步驟

1、按A4處理後樣品，用感量為0.1g的天平秤重m1；

2、上述樣品放入A2磨罐，再加同重量的水，封蓋後不許漏水，放到耐磨試驗機上，使磨罐以80r/min研磨24h後停機。

3、把樣品從磨罐中取出，用水清洗，烘乾後稱重m2。

4、按規定測10個球的平均直徑D。

（5）結果表示

經衝擊性、磨耗試驗無裂痕、無破碎，視為耐衝擊性合格。

氧化鋯研磨球

在建材、電子、油漆等行業，氧化鋯研磨球套用越來越廣泛。氧化鋯研磨球具有高密度（理論密度值為6.1g/cm³），高韌性及較高的硬度（HRA可達90以上）等特性，在生產中磨效高、磨損少，混入雜質少，顯示出較多的優越性能。國內生產的氧化鋯研磨球，其氧化鋯粉體（部分穩定）大多是採用共沉澱法生產工藝製備的，其優點是原料純度高、活性大，製得的氧化鋯研磨球性能優異，質量穩定。

研磨球

高密度，高硬度，高耐磨，高韌性，耐腐蝕的特點。適用於陶瓷原料研磨用的球蘑機，粉塵設備等磨損較大之處，陶瓷，水泥，化工油漆，塗料，顏料，醫療，化妝品等行業細粉處理設備的高檔研磨介質和填充料。

影響耐磨性的因素

氧化鋁陶瓷的磨損機理分為脆性斷裂磨損和塑性形變磨損。前者的磨損特點為沿晶斷裂的晶粒脫落，後者的磨損特點為穿晶斷裂的微觀切削。前者的磨損率比後者大得多。人們希望陶瓷的磨損為塑性形變磨損。陶瓷的內部因素對陶瓷塑性形變磨損機理具有重要的影響，氧化鋁瓷球是一種摩擦磨損構件，其磨損率受內部因素和外部因素的影響，其中內部因素影響較大。氧化鋁陶瓷的耐磨性與自身的材料的力學性能、顯微結構的協同作用有著密切的關係，即與其內部因素、彈性模量、硬度、斷裂韌性、晶粒尺寸、晶界和孔隙率，人們對此進行了大量的 研究，陶瓷的韌性和晶粒尺寸是研究最多，與耐磨性關係最為密切的內部因素，韌性對陶瓷的摩擦磨損影響極大，由於晶粒越小，陶瓷的耐磨性越好，所以耐磨陶瓷正朝微晶化方向發展。但納米氧化鋁陶瓷造價很高，難以在工程套用領域推廣使用，所以氧化鋁陶瓷耐磨材料的研究重點在幾個微米的晶粒尺寸範圍內有所突破和發展。

生產現狀

耐磨性的提高

（1）原料

顆粒的形貌：陶瓷是由壓制坯體經高溫燒制而成的，坯體由顆粒壓制而成，所以陶瓷的燒結不僅是顆粒之間的燒結行為，更重要的是坯體的燒結行為。燒結是陶瓷燒成的重要環節。影響坯體燒結的因素相當多，其內在因素是粉末的特性。粉末特性是影響燒結的重要因素之一，表面能是顆粒燒結驅動力之一，形貌對顆粒的表面能影
響很大，所以顆粒形貌對陶瓷燒結的影響是相當大的。

氧化鋁研磨球

表面粗糙的顆粒比表面積或表面能相對大，所以其燒結驅動力大、易燒結、燒結密度大、孔洞小而少。表
面光滑的粒狀顆粒，此顆粒比表面積或表面能比較小，因此其燒結驅動力較小、不易燒結，陶瓷的燒結密度比
較低，空洞大而多。板狀顆粒與粒狀顆粒相比，比表面積大、燒結驅動力大、易燒結。陶瓷的燒結密度較大，由小硬團聚體和無團聚體組成的坯體相比，氣孔率大、生坯密度小，陶瓷的密度也小，陶瓷的燒結密度較低。

顆粒的大小：當晶粒比較細小時，磨損機理主要是發生塑性變形和部分穿晶斷裂，產生輕微磨損。晶粒比較粗大時，磨損機理主要是發生晶界斷裂，產生嚴重磨損，所以晶粒越小陶瓷的耐磨性越好。因此應儘可能使用顆粒尺寸小的三氧化二鋁原料，以便減小陶瓷的晶粒度。另外，小顆粒與大顆粒相比，顆粒比表面積或表面能相對
大，所以其燒結驅動力大，燒結溫度低，同時燒結密度較高。

（2）助燒劑

合適的助燒劑降低燒結溫度，改善陶瓷的顯微結構，提高力學性能，進而提高瓷球的耐磨性。助燒劑的品質包括數量、物相組成、化學組成和細度等。助燒劑一般採用SiO₂-CaO-MgO三元系統進行配方。應儘量避免使用在高溫下放出氣體和發生相變的助燒劑，以免產生新的缺陷，而影響產品的緻密化和合格率，降低產品的競爭力。

（3）成型

採用等靜壓成型技術，克服其它成型方法空心、分層、密度低和密度不均勻等缺陷。原料的顆粒大小、形狀和添加劑都會影響等靜壓成型。成型壓力和保壓時間影響生坯的密度、燒結收縮率、燒結溫度。因此，要使用合適的原料和科學的成型工藝，確保生坯具有良好的燒結特性。

（4）燒結制度

過高的燒結溫度和過長的保溫時間都會促進三氧化二鋁晶體生長，液相量增加，這樣不但強度下降，耐磨性
也會減弱。當然溫度太低、燒結密度降低，瓷球的耐磨性下降。如果燒結溫度不合適，即使三氧化二鋁含量高，耐磨性也不一定好，關鍵取決於瓷球的物相組成和顯微結構。採用低溫快燒技術，可獲得顯著的節能效益，同時可抑制氧化鋁瓷球的晶粒長大，有利於改善產品強度、韌性，從而提高瓷球的耐磨性。助燒劑極大影響低溫快
燒，一般採用SiO₂-CaO-MgO三元系統的配方。

研究進展

研究者在採用適當的添加劑降低燒結溫度和提高耐磨性方面進行了大量的研究，取得了重要進展。在平均1-1.5微米的三氧化二鋁中添加18%-20%的Y-PSZ，在1650℃下燒制1h，其相對燒結密度達98.8%，磨損率僅為通常95瓷球的1/5-1/8。三氧化二鋁轉化率合適的粉體是極其重要的，轉化率高低對氧化鋁瓷球的質量影響很大。若三氧化二鋁轉化率高，它的煅燒溫度相對較高，物料的硬度大增加了粉體的研磨難度，而且燒結活性小，若提高燒結溫度，不但增加成本還會出現晶粒長大，不利於形成均勻的顯微結構，耐磨性反而下降。若三氧化二鋁轉化率低，它的煅燒溫度相對較低，物料的硬度減弱，研磨相對容易，燒結活性大，但由於晶型轉變製品產生收縮更大，造成瓷球的開裂。

套用

以牆地磚為主導產品的建築衛生陶瓷行業所用的坯料、釉料均用球磨機研磨。大多數企業仍沿用天然球石作為研磨介質，天然球石由於耐磨性能不佳，磨製過程中不可避免地污染釉料，同時由於天然球石的密度小，研磨效率低。尋求並使用價廉物美的磨介是陶瓷企業的追求之一。自50年代起三氧化二鋁瓷球就已進入陶瓷生產領域中。1998年中國建築陶瓷總產量為1.594*10m，衛生陶瓷總產量為5145萬件，分別占世界產量的1/3和1/5，被認為是當今世界最大的建築衛生陶瓷生產國，並且我國可望一直保持建築衛生陶瓷世界第一生產大國的地位。根據理想的產品結構，高檔製品按20%估計，全國所需氧化鋁瓷球的裝填量約40000t，高品位瓷球綜合需求量應該在50000t/a左右。隨著天然球石的瀕臨枯竭，理想的球石已經很難買到，質次價高的球石嚴重影響研磨物料的質量，影響製品的檔次，迫使企業選擇具有優良特性的氧化鋁瓷球。使用氧化鋁瓷球作研磨介質來提高產品的檔次，已是陶瓷界人士的共識。所以，氧化鋁瓷球在陶瓷行業的市場需求是很大的。