球石

球磨机广泛应用于冶金、矿产、电力、建材、化工等领域，是最为普遍使用的粉碎设备。研磨介质是球磨机

内滚动的球或圆柱物体。普通球磨机的研磨介质主要是金属球、圆柱，而在陶瓷生产业中，使用的主要是陶瓷

研磨介质，其次是天然的燧石和鹅卵石。我国上市的陶瓷研磨介质主要包括氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等系列品种。

氧化铝瓷球是一种重要的工程陶瓷，属高科技产品。由于合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀、价格低的特点，以及金属球金属杂质引入的问题，因此氧化铝瓷球被广泛应用于白色水泥、矿物、陶瓷、电子材料、磁性材料以及涂料、油漆等行业的原材料的粉磨和加工，是一种优质的研磨介质。在建筑陶瓷行业中，氧化铝瓷球的磨损效率比天然的燧石和鹅卵石提高。随着优质天然球石资源的减少，普通瓷球磨损率高的特点，氧化铝瓷球将被越来越多的陶瓷厂家所使用根据不同的氧化铝含量，可以分为中铝球、中高铝球和高铝球一般我们把60%—65%氧化铝含量的划为中铝球，75%—80%氧化铝含量的称为中高铝球，90%以上氧化铝含量的为高铝球。其中高铝球又细分为90瓷、92瓷、95瓷和99瓷。99瓷由于其极高的生产成本而很少有大型厂家大批量制造，主要为部分特种陶瓷厂通过手工制作。

中铝球和中高铝球由于其较低的价格，而被大部分陶瓷厂所接受，主要用于研磨陶瓷坯料。高铝球由于其具有高强度、高硬度、高耐磨性，比重大、体积小、耐高温、耐腐蚀、无污染等优异特性而被广泛的运用于不同类型的陶瓷、瓷釉、玻璃、化工等等工厂的厚硬材质精加工和深加工，其中尤以92含量的高铝球使用最为普遍。

实验室检测氧化铝研磨球的耐磨性和耐冲击性的方法：本方法是通过氧化铝球在聚胺脂罐中，以规定的条件冲击研磨，考核球的冲击性能，以单位时间磨耗表示氧化铝球的耐磨性能。

（1）磨罐采用聚胺酯罐。内径200mm，长220mm。

（2）耐磨冲击试验机：能保证使内装4kg氧化铝球和4L自来水的A2磨罐，以80r/min 连续运行。

（3）试验制备：外观质量和外观尺寸合格的氧化铝球样品约4kg左右，装入A2磨罐，加4L自来水，在耐磨冲击试验机上以 80r/min 研磨2h。取出样品用水清洗，烘干备用。

（4）试验步骤

1、按A4处理后样品，用感量为0.1g的天平秤重m1；

2、上述样品放入A2磨罐，再加同重量的水，封盖后不许漏水，放到耐磨试验机上，使磨罐以80r/min研磨24h后停机。

3、把样品从磨罐中取出，用水清洗，烘干后称重m2。

4、按规定测10个球的平均直径D。

（5）结果表示

经冲击性、磨耗试验无裂痕、无破碎，视为耐冲击性合格。

在建材、电子、油漆等行业，氧化锆研磨球应用越来越广泛。氧化锆研磨球具有高密度（理论密度值为6.1g/cm ），高韧性及较高的硬度（HRA可达90以上）等特性，在生产中磨效高、磨损少，混入杂质少，显示出较多的优越性能。国内生产的氧化锆研磨球，其氧化锆粉体（部分稳定）大多是采用共沉淀法生产工艺制备的，其优点是原料纯度高、活性大，制得的氧化锆研磨球性能优异，质量稳定。

高密度，高硬度，高耐磨，高韧性，耐腐蚀的特点。适用于陶瓷原料研磨用的球蘑机，粉尘设备等磨损较大之处，陶瓷，水泥，化工油漆，涂料，颜料，医疗，化妆品等行业细粉处理设备的高档研磨介质和填充料。

氧化铝陶瓷的磨损机理分为脆性断裂磨损和塑性形变磨损。前者的磨损特点为沿晶断裂的晶粒脱落，后者的磨损特点为穿晶断裂的微观切削。前者的磨损率比后者大得多。人们希望陶瓷的磨损为塑性形变磨损。陶瓷的内部因素对陶瓷塑性形变磨损机理具有重要的影响，氧化铝瓷球是一种摩擦磨损构件，其磨损率受内部因素和外部因素的影响，其中内部因素影响较大。氧化铝陶瓷的耐磨性与自身的材料的力学性能、显微结构的协同作用有着密切的关系，即与其内部因素、弹性模量、硬度、断裂韧性、晶粒尺寸、晶界和孔隙率，人们对此进行了大量的 研究，陶瓷的韧性和晶粒尺寸是研究最多，与耐磨性关系最为密切的内部因素，韧性对陶瓷的摩擦磨损影响极大，由于晶粒越小，陶瓷的耐磨性越好，所以耐磨陶瓷正朝微晶化方向发展。但纳米氧化铝陶瓷造价很高，难以在工程应用领域推广使用，所以氧化铝陶瓷耐磨材料的研究重点在几个微米的晶粒尺寸范围内有所突破和发展。

（1）原料

氧化铝研磨球

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SiO-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SiO-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。