陶瓷輥棒耐磨性的研究

方仁德

摘 要：本文以氧化鋁細(xì)粉A1（D50<2μm）、氧化鋁粉A2和A3，以鋁含量高的粘土X1（Al2O3≥37%）和特殊粘土X2等為原材料，采用等靜壓成型工藝，以剛玉顆粒級(jí)配的研究獲得致密度高的陶瓷輥棒配方，c配方制備的輥棒吸水率低至0.71%，高溫強(qiáng)度（1000℃）達(dá)至72.8MPa。并使用不同形貌的剛玉，研究剛玉單顆粒強(qiáng)度對(duì)輥棒硬度的影響，最終，棱柱狀的剛玉制備的輥棒硬度最高，為9，輥棒的耐磨性最好，為1.79cm3。

關(guān)鍵詞：單顆粒強(qiáng)度;莫氏硬度;耐磨性

1 前 言

隨著環(huán)保政策的不斷推動(dòng)，在各個(gè)領(lǐng)域，綠色、環(huán)保的材料更能吸引用戶的眼球。發(fā)泡陶瓷作為一種變廢為寶、環(huán)保節(jié)能的綠色建材，與傳統(tǒng)的外墻保溫材料相比，其具有熱傳導(dǎo)率低、高抗拉、抗壓、耐老化等不可忽視的優(yōu)越性能，廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能等領(lǐng)域。2019年11月6日，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年）》，利用尾礦、廢棄物等生產(chǎn)的輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷隔墻板及保溫板材和工藝裝備技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用等被列入鼓勵(lì)類別，當(dāng)下發(fā)泡陶瓷生產(chǎn)線呈現(xiàn)逐年增加態(tài)勢(shì)，截止到2019年8月20日，全國各地生產(chǎn)線達(dá)到了35條。發(fā)泡陶瓷輥道窯燒制因承重要求高，且輥棒易與碳化硅方梁摩擦而造成磨損嚴(yán)重，甚至斷裂而影響生產(chǎn)，發(fā)泡陶瓷的生產(chǎn)亟需高溫強(qiáng)度大及耐磨性好的陶瓷輥棒。

材料的耐磨性與較多因素有關(guān)，如材料的組成、硬度、塑性、韌性及粗糙度等，耐磨性是一個(gè)綜合性性能[1]。

一般材料的硬度反映了抵抗物料壓入表面的能力，硬度高的物料壓入材料表面的深度就淺，切削產(chǎn)生的磨削體積就小，耐磨性就高，因此為了獲得耐磨性好的陶瓷輥棒，需提高輥棒的硬度。

本文通過選用不同形貌的剛玉，主要研究單顆粒強(qiáng)度對(duì)輥棒硬度的影響，進(jìn)而提高輥棒的耐磨性，滿足客戶的使用要求。

2 試 驗(yàn)

2.1 剛玉莫來石陶瓷的制備

（1）陶瓷燒結(jié)體的制備工藝流程

原料→烘干→稱料→球磨→烘干、過篩→干壓成型→干燥→等靜壓→燒成，成型壓力為30MPa，等靜壓壓力為100MPa，試樣尺寸（mm）為： 50×10×5。坯體等壓后，將各試樣在硅鉬棒爐中于1600℃保溫2h 燒成，停止加熱后隨爐溫自然冷卻。

（2）陶瓷輥棒的制備工藝流程

原料→烘干→稱料→球磨→噴霧造粒→均化→混料→造粒→擠出成型→干燥→等靜壓→燒成，等靜壓壓力為100MPa，輥棒坯體等壓后，在輥棒窯中1600℃保溫2h 燒成。

2.2 陶瓷的性能表征

采用阿基米德法測試燒結(jié)體的吸水率、孔隙率和體積密度;利用三點(diǎn)彎曲法測量燒結(jié)體的抗折強(qiáng)度，馬弗爐檢測輥棒的抗熱震性（空冷循環(huán)）;采用普通磨料單顆粒抗壓強(qiáng)度測定儀測量剛玉的單顆粒強(qiáng)度;使用JC/T 872-2000耐火材料硬度檢測方法檢測輥棒的模式硬度;采用耐火材料耐磨性檢測方法（GB/T 18301-2012）進(jìn)行檢測輥棒的耐磨性。

3 結(jié)果與討論

（1）剛玉顆粒度級(jí)配對(duì)堆積密度的影響

從表5可知，由于X1和A1粒度較小，填充在剛玉顆粒的間隙中，故配方料的堆積密度增大，尤其是d配方，這是因?yàn)閄1和A1含量高的緣故，四個(gè)試驗(yàn)配方的吸水率均較A配方的吸水率低，致密度均有所提高，吸水率最低的為c號(hào)配方，這是因?yàn)閄3在固相反應(yīng)過程中，較易形成一次莫來石，且A1料的活性較大，燒結(jié)致密度更大，a和b的吸水率在4.2%左右，c和d的吸水率在3.7%左右，說明氧化鋁粉對(duì)配方致密度的影響最大。

試驗(yàn)輥棒的燒結(jié)性能及強(qiáng)度和抗熱震性結(jié)果如表6所示。

從表6可知，c配方的強(qiáng)度最高，吸水率最低。c配方為最佳配方。

（2）不同形貌的剛玉對(duì)輥棒性能的影響

剛玉晶體結(jié)構(gòu)較多，宏觀上，顆粒度相同的剛玉，其晶體生長和致密情況不同時(shí)，剛玉的單顆粒強(qiáng)度也會(huì)不一樣，一般晶體定向生長的剛玉其單顆粒強(qiáng)度較大，而單顆粒強(qiáng)度越大的材料制備的產(chǎn)品硬度也越大，為此，對(duì)2號(hào)剛玉的晶體形貌進(jìn)行檢測，結(jié)果見圖1。

檢測90～100目纖維狀剛玉（如圖a所示）的單顆粒抗壓強(qiáng)度，其粒徑分布為0.10～0.15mm，單顆粒強(qiáng)度檢測，檢測數(shù)量為50個(gè)剛玉顆粒，平均抗壓強(qiáng)度為8.98N;同理檢測50個(gè)粒徑分布為0.10～0.15mm的粒狀剛玉，單顆粒抗壓強(qiáng)度檢測，平均為9.02N;棱狀剛玉單顆粒抗壓強(qiáng)度平均為9.13N，球狀單顆粒抗壓強(qiáng)度平均為9.05N。

選用不同形貌的剛玉，其顆粒分布均與2號(hào)剛玉料相當(dāng)，配方中其余料不變，其中纖維狀為E0配方，粒狀為E1配方，棱柱狀和球狀分別為E2和E3配方。

將4個(gè)配方按照基礎(chǔ)配方（c配方）的工藝進(jìn)行制備陶瓷輥棒，并對(duì)陶瓷輥棒的性能進(jìn)行表征。

從表7可知，E2配方的硬度最高，其余均為8，為同一級(jí)別的硬度，這是因?yàn)槭褂脝晤w粒強(qiáng)度高的棱柱狀剛玉的緣故。

將以上4個(gè)配方制備的陶瓷輥棒進(jìn)行耐磨性測試，結(jié)果如表8所示。

從該結(jié)果可知，E2配方輥棒的磨損體積最小，為1.79cm3，其耐磨性最好。

E0～E3配方的輥棒常規(guī)檢測見表9。

通過以上性能檢測情況來看，采用不同形貌的剛玉，輥棒的性能影響不大，對(duì)輥棒的硬度和耐磨性影響較大。

4 結(jié) 論

（1）3種粒度的剛玉堆積密度檢測，3號(hào)配方的堆積密度最大，為2.22g/cm3。

（2） c號(hào)配方的燒結(jié)性能最佳，吸水率為3.65%，制備成輥棒的吸水率為0.71%，也是最低，輥棒的高溫強(qiáng)度（1000℃）為72.8MPa，為最佳;

（3）c號(hào)配方中使用棱柱狀的剛玉時(shí)，獲得的輥棒硬度最大，為9，耐磨性最好，為1.79cm3。

參考文獻(xiàn)

[1] 石干，等. 耐火材料耐磨性的研究 [J].耐火材料， 2019， 1（1）： 71-75.