(1)原料
颗粒的形貌:陶瓷是由压制坯体经高温烧制而成的,坯体由颗粒压制而成,所以陶瓷的烧结不仅是颗粒之间的烧结行为,更重要的是坯体的烧结行为。烧结是陶瓷烧成的重要环节。影响坯体烧结的因素相当多,其内在因素是粉末的特性。粉末特性是影响烧结的重要因素之一,表面能是颗粒烧结驱动力之一,形貌对颗粒的表面能影
响很大,所以颗粒形貌对陶瓷烧结的影响是相当大的。
表面粗糙的颗粒比表面积或表面能相对大,所以其烧结驱动力大、易烧结、烧结密度大、孔洞小而少。表
面光滑的粒状颗粒,此颗粒比表面积或表面能比较小,因此其烧结驱动力较小、不易烧结,陶瓷的烧结密度比
较低,空洞大而多。板状颗粒与粒状颗粒相比,比表面积大、烧结驱动力大、易烧结。陶瓷的烧结密度较大,由小硬团聚体和无团聚体组成的坯体相比,气孔率大、生坯密度小,陶瓷的密度也小,陶瓷的烧结密度较低。
颗粒的大小:当晶粒比较细小时,磨损机理主要是发生塑性变形和部分穿晶断裂,产生轻微磨损。晶粒比较粗大时,磨损机理主要是发生晶界断裂,产生严重磨损,所以晶粒越小陶瓷的耐磨性越好。因此应尽可能使用颗粒尺寸小的三氧化二铝原料,以便减小陶瓷的晶粒度。另外,小颗粒与大颗粒相比,颗粒比表面积或表面能相对
大,所以其烧结驱动力大,烧结温度低,同时烧结密度较高。
(2)助烧剂
合适的助烧剂降低烧结温度,改善陶瓷的显微结构,提高力学性能,进而提高瓷球的耐磨性。助烧剂的品质包括数量、物相组成、化学组成和细度等。助烧剂一般采用SiO2-CaO-MgO三元系统进行配方。应尽量避免使用在高温下放出气体和发生相变的助烧剂,以免产生新的缺陷,而影响产品的致密化和合格率,降低产品的竞争力。
(3)成型
采用等静压成型技术,克服其它成型方法空心、分层、密度低和密度不均匀等缺陷。原料的颗粒大小、形状和添加剂都会影响等静压成型。成型压力和保压时间影响生坯的密度、烧结收缩率、烧结温度。因此,要使用合适的原料和科学的成型工艺,确保生坯具有良好的烧结特性。
(4)烧结制度
过高的烧结温度和过长的保温时间都会促进三氧化二铝晶体生长,液相量增加,这样不但强度下降,耐磨性
也会减弱。当然温度太低、烧结密度降低,瓷球的耐磨性下降。如果烧结温度不合适,即使三氧化二铝含量高,耐磨性也不一定好,关键取决于瓷球的物相组成和显微结构。采用低温快烧技术,可获得显著的节能效益,同时可抑制氧化铝瓷球的晶粒长大,有利于改善产品强度、韧性,从而提高瓷球的耐磨性。助烧剂极大影响低温快
烧,一般采用SiO2-CaO-MgO三元系统的配方。
研究者在采用适当的添加剂降低烧结温度和提高耐磨性方面进行了大量的研究,取得了重要进展。在平均1-1.5微米的三氧化二铝中添加18%-20%的Y-PSZ,在1650℃下烧制1h,其相对烧结密度达98.8%,磨损率仅为通常95瓷球的1/5-1/8。三氧化二铝转化率合适的粉体是极其重要的,转化率高低对氧化铝瓷球的质量影响很大。若三氧化二铝转化率高,它的煅烧温度相对较高,物料的硬度大增加了粉体的研磨难度,而且烧结活性小,若提高烧结温度,不但增加成本还会出现晶粒长大,不利于形成均匀的显微结构,耐磨性反而下降。若三氧化二铝转化率低,它的煅烧温度相对较低,物料的硬度减弱,研磨相对容易,烧结活性大,但由于晶型转变制品产生收缩更大,造成瓷球的开裂。
以墙地砖为主导产品的建筑卫生陶瓷行业所用的坯料、釉料均用球磨机研磨。大多数企业仍沿用天然球石作为研磨介质,天然球石由于耐磨性能不佳,磨制过程中不可避免地污染釉料,同时由于天然球石的密度小,研磨效率低。寻求并使用价廉物美的磨介是陶瓷企业的追求之一。自50年代起三氧化二铝瓷球就已进入陶瓷生产领域中。1998年中国建筑陶瓷总产量为1.594*10m,卫生陶瓷总产量为5145万件,分别占世界产量的1/3和1/5,被认为是当今世界最大的建筑卫生陶瓷生产国,并且我国可望一直保持建筑卫生陶瓷世界第一生产大国的地位。根据理想的产品结构,高档制品按20%估计,全国所需氧化铝瓷球的装填量约40000t,高品位瓷球综合需求量应该在50000t/a左右。随着天然球石的濒临枯竭,理想的球石已经很难买到,质次价高的球石严重影响研磨物料的质量,影响制品的档次,迫使企业选择具有优良特性的氧化铝瓷球。使用氧化铝瓷球作研磨介质来提高产品的档次,已是陶瓷界人士的共识。所以,氧化铝瓷球在陶瓷行业的市场需求是很大的。