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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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。