【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机非金属陶瓷材料，尤其涉及一种高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球及其制备方法。
技术介绍
1、梯度功能材料是两种或多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料，不同材料之间的成分梯度分布设计可以使同一构件实现从一种材料平滑过渡到另一种材料，进而缓解界面失效问题。梯度功能材料能够改善不同材料之间的连接机理，使微观组织过渡更加平缓，连接界面处的应力有效降低，梯度功能材料可以结合不同特殊性能的陶瓷材料，使自身具备耐高温、高耐磨性、高耐冲击性等特性，这些特性吸引了众多的科研工作者的广泛关注，成为陶瓷领域的研究热点。
2、现代选矿厂首选的破碎磨矿技术为半自磨机，而对半自磨机生产效率影响最大的是所使用的研磨球。但由于半自磨机工况往往较为恶劣，现有的研磨球容易出现明显的碎球、层剥落和磨耗大等现象，因此陶瓷研磨球使用寿命短，消耗量非常大，大大影响其使用效率和经济效益。因此需要研发高强度，能承受高冲击且低磨耗的陶瓷研磨球，来在高能量密度工况中减缓碎球与表皮剥落等加剧磨损的状况。
3、现有的梯度功能材料制备方法，多数以不同配比的粉体物料依次铺层，再将其整体烧结。但是，由于陶瓷研磨球在烧结时，不同配比的粉体物料最佳烧结温度不同，所以现有的梯度功能材料制备方法不能保证各层陶瓷原料都有高的密实度，尤其在多层梯度材料中更加无法保证密实度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球及其制备方法。
3、每层材料层的厚度为0.5mm～5mm；
4、复合辅助材料包括高岭土、煤矸石、重钙、碳酸镁、硅酸锆、氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化钇和氧化镧。
5、作为优选：以质量百分比计，复合辅助材料在从最内层至最外层的每层材料层中逐层增大，变化范围为1wt％～10wt％。
6、作为优选：最内层材料层的厚度为第2层材料层厚度的1～3倍。
7、作为优选：复合辅助材料中高岭土、煤矸石、重钙和碳酸镁占陶瓷研磨球材料总质量的4wt％～40wt％，硅酸锆、氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化钇和氧化镧占陶瓷研磨球材料总质量的0wt％-65wt％，氧化铝占陶瓷研磨球材料总质量的35wt％～95wt％。
8、作为优选：氧化铝与复合辅助材料的细度d98为1-3微米；n层材料层中，相邻两层材料层的细度d50相差≤0.15微米，细度d50用于控制中位粒径；相邻两层材料层的细度d98相差≤0.7微米，细度d98用于控制最大粒径；双重细度控制的目的是保证相邻两层材料层中粉料的细度差异。
9、这种采用高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料来制备陶瓷研磨球的方法，包括以下步骤：
10、步骤1、备料：按陶瓷研磨球材料各组分的占比配备n份原料，将n份原料通过球磨机进行粗磨处理，根据需要可再用砂磨机进行细磨，将细磨后的原料进行干燥后，按每份细磨原料所含复合辅助材料的质量百分比由低至高，从1至n标上序号备用；
11、步骤2、将步骤1所得n份细磨原料，按序号逐渐增大的顺序，逐层采用滚动法或注塑法进行成型，成型过程中喷洒有粘结剂，得到球型状陶瓷素坯；
12、步骤3、烘干排胶与烧结：将步骤2得到的陶瓷素坯经过烘干排胶与烧结，得到高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球。
13、作为优选：
14、步骤1中，配备的n份原料的纯度≥99.5％，粒度≤50微米；
15、步骤1中，将n份原料通过球磨机进行粗磨处理时，粗磨介质为水和氧化铝球，氧化铝球和原料的重量比为(5:2)～(4:1)，粗磨时长为12～48小时，出料细度d98为1.5～10微米；
16、步骤1中，用砂磨机对粗磨出料进行细磨处理时，细磨介质为水和氧化锆球，出料细度d98为1～3微米。
17、作为优选：
18、步骤2中，在喷洒粘结剂时，球型状陶瓷素坯具备的n层材料层中，任意相邻两层材料层里，靠外一层材料层的粘结剂浓度为靠内一层材料层粘结剂浓度的1.05～1.2倍；
19、步骤2中，粘结剂包括pva，甘油和聚丙烯酰胺中的至少一种；
20、步骤2中采用注塑法进行成型时，先进行真空炼泥再进行注塑：按照顺序将n份细磨原料加入上一层原料注塑机模具中，上一层注塑完成后，转移至下一层原料注塑机模具中继续成型；注塑压力为0.2～0.7mpa，注塑温度为60～70℃；上一层原料注塑机模具和下一层原料注塑机模具之间间隔的厚度为0.5～6mm；下一层原料注塑机模具处的注塑压力是上一层原料注塑机模具处注塑压力的1.05～1.2倍。
21、步骤2中，采用滚制法成型时，球型状陶瓷素坯每层材料层的厚度为0.55mm～6.1mm；球型状陶瓷素坯具备的n层材料层中，任意相邻两层材料层里，靠外一层材料层的成型速度为靠内一层材料层成型速度的1.05～1.2倍。
22、作为优选：步骤3中，在对烘干排胶后的陶瓷素坯进行烧结时，低温阶段：先以2～5℃/min的速率升温至200℃，保温2～5h；中温阶段：以2～10℃/min的速率升温至500～600℃，保温1～3h；高温阶段：以5～10℃/min的速率升温至1350～1550℃，保温3-5小时；然后冷却到室温。
23、作为优选：步骤3制备得到的高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球，密度为3.3～5g/cm3,维氏硬度为1000～1350gpa，自磨耗为0.1～1.5g/hr·kg，带料磨耗为0.1～1g/hr·kg。
24、本专利技术的有益效果是：
25、本专利技术设计了一种包括n层材料层，n≥4的陶瓷研磨球材料，以氧化铝作为主相，引入不同梯度比例的助剂将氧化铝主相与其他相烧结，将不同层的粉体物料均能达到最佳烧结温度区域从而烧结致密，层界面缺陷少，且多梯度材料研磨球的比重范围宽，基本覆盖高能量密度磨矿方法研磨球需求范围。
26、本专利技术的陶瓷研磨球材料，采取分层梯度配方引入莫来石相、硅酸锆相以及四方锆相，采用滚制成型与注塑成型方式，起到莫来石晶须增韧、氧化锆相变增韧、以及不同层间应力导致的微裂纹增韧的效果；能够极大提高材料的整体韧性、强度以及抗冲击能力；生产成本低，适用于工业化批量生产。
27、本专利技术制备的高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球在受到外部强力撞击与剧烈摩擦时，主要以点状损伤与沟犁式磨损为主；相较于普通研磨球，能够避免在恶劣工况中出现剥皮、缺口、碎球等明显加剧磨耗的情况，大大降低了大型矿山半自磨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于，包括N层材料层，N≥4；每层材料层中，以质量百分比计，氧化铝占35wt％～95wt％，其余为复合辅助材料；最内层中复合辅助材料所占质量百分比为5wt％～60wt％，N层材料层中从最内层至最外层，每层材料层中复合辅助材料在每层材料层中的质量百分比以一定变化范围逐层增大，最后最外层中复合辅助材料所占质量百分比增大至20wt％～65wt％；
2.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：以质量百分比计，复合辅助材料在从最内层至最外层的每层材料层中变化量为逐层增大，变化范围为1wt％～10wt％。
3.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：最内层材料层的厚度为第2层材料层厚度的1～3倍。
4.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：复合辅助材料中高岭土、煤矸石、重钙和碳酸镁占陶瓷研磨球材料总质量的4wt％～40wt％，硅酸锆、氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化钇和氧化镧占陶瓷研磨球材料总质量的0wt％-65wt％，氧化铝占陶瓷
5.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：氧化铝与复合辅助材料的细度D98为1-3微米；N层材料层中，相邻两层材料层的细度D50相差≤0.15微米，细度D50用于控制中位粒径；相邻两层材料层的细度D98相差≤0.7微米，细度D98用于控制最大粒径。
6.一种采用如权利要求1至5任一项所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料来制备陶瓷研磨球的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料来制备陶瓷研磨球的方法，其特征在于：
8.根据权利要求6所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料来制备陶瓷研磨球的方法，其特征在于：
9.根据权利要求6所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料来制备陶瓷研磨球的方法，其特征在于：步骤3中，在对烘干排胶后的陶瓷素坯进行烧结时，低温阶段：先以2～5℃/min的速率升温至200℃，保温2～5h；中温阶段：以2～10℃/min的速率升温至500～600℃，保温1～3h；高温阶段：以5～10℃/min的速率升温至1350～1550℃，保温3-5小时；然后冷却到室温。
10.根据权利要求6所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料来制备陶瓷研磨球的方法，其特征在于：步骤3制备得到的高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球，密度为3.3～5g/cm3,维氏硬度为1000～1350Gpa，自磨耗为0.1～1.5g/hr·kg，带料磨耗为0.1～1g/hr·kg。
...【技术特征摘要】
1.一种高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于，包括n层材料层，n≥4；每层材料层中，以质量百分比计，氧化铝占35wt％～95wt％，其余为复合辅助材料；最内层中复合辅助材料所占质量百分比为5wt％～60wt％，n层材料层中从最内层至最外层，每层材料层中复合辅助材料在每层材料层中的质量百分比以一定变化范围逐层增大，最后最外层中复合辅助材料所占质量百分比增大至20wt％～65wt％；
2.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：以质量百分比计，复合辅助材料在从最内层至最外层的每层材料层中变化量为逐层增大，变化范围为1wt％～10wt％。
3.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：最内层材料层的厚度为第2层材料层厚度的1～3倍。
4.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：复合辅助材料中高岭土、煤矸石、重钙和碳酸镁占陶瓷研磨球材料总质量的4wt％～40wt％，硅酸锆、氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化钇和氧化镧占陶瓷研磨球材料总质量的0wt％-65wt％，氧化铝占陶瓷研磨球材料总质量的35wt％～95wt％。
5.根据权利要求1所述高强度抗冲击梯度材料陶瓷研磨球材料，其特征在于：氧化铝与复合辅助材料的细度d98为1-3微米；n层材料层中...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶华上，李强，周雄，罗甲业，王承栋，王俊甫，
申请(专利权)人：江苏金石研磨有限公司，
类型：发明
国别省市：
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