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耐磨氧化铝陶瓷球将取代氧化锆球——访济南大学材料科学与工程学院侯宪钦教授


来源:中国粉体网   平安

[导读]  是氧化耐磨性铝陶瓷应用于研磨介质时最关键的性能指标。那么如何提高氧化铝陶瓷的耐磨性呢?济南大学侯宪钦教授在接受中国粉体网记者专访时,以一种肯定的语气讲到,微晶化是提高氧化铝陶瓷耐磨性唯一的、最有效的方法。

中国粉体网讯  是氧化耐磨性铝陶瓷应用于研磨介质时最关键的性能指标。那么如何提高氧化铝陶瓷的耐磨性呢?济南大学侯宪钦教授在接受中国粉体网记者专访时,以一种肯定的语气讲到,微晶化是提高氧化铝陶瓷耐磨性唯一的、最有效的方法。其它的方法,在侯教授的眼里都不大可行。因氧化铝陶瓷的磨损是一种脆性断裂的机制,如果添加纤维虽然可以提高强度和韧性,但由于它有方向性,做成研磨介质之后就会沿着某个比较脆弱的方向发生劈裂,故加纤维不可行,除此之外也就没有其它有效的方法了。




微晶化制备技术的两大关键点


在“2018新型陶瓷技术与产业高峰论坛”上所做的《耐磨氧化铝陶瓷微晶化制备方法》报告中,侯教授指出微晶化制备技术的两大关键点,即氧化铝原料的超细粉磨与低温慢速致密化烧结。围绕这两大关键点,记者追问了侯教授一系列的问题,如:超细粉磨应当用干法?湿法?抑或干法+湿法?低温慢烧导致的效率及产量问题如何改善?侯教授以其专业的理论与独到的生产经验一一回答了我们的问题。


湿法球磨最有效


首先,侯教授将干法研磨与湿法研磨做了比较。氧化铝陶瓷球的原料主要是氧化铝,另有碳酸钙、滑石或粘土,其中最难磨的是氧化铝粉,当用干法研磨时,氧化铝粉与其它料的混合明显不如湿法研磨混合得均匀。所以,现在最常用的是湿法加球磨(具体生产工艺流程如下图所示)。这是最有效的、也是最环保的方法,毕竟干法研磨产生的扬尘也是一大难题。




除了单纯湿法研磨之外,干法加湿法研磨的方法是否可行呢?据侯教授的经验,确实有人这样做,证明是可行的。只是在成本、操作简便、混合均匀方面不及湿法研磨。侯教授指出,干法研磨针对粗粉团聚体的研磨效率是很高的,但是在干法研磨之后,进入砂磨机之前需要把它做成料浆,这时会用到强力分散设备,这种设备相当贵,比如青岛某公司生产的一台200L的强力分散设备报价上百万,而球磨机很便宜,大约20万的球磨机,20吨的料浆,配合好了直接进砂磨机,既投入低,又好运行,且分散均匀。如果是单纯做氧化铝粉可以用干法研磨之后直接出售,但是做耐磨氧化铝陶瓷球由于需要多种原料的混合且因砂磨机的要求必须用料浆,用湿法研磨显然更合适。


高技术含量的氧化铝陶瓷球值得做


当问到因低温慢速烧结可能导致的效率、产量问题时,侯教授坦言,他创办的公司相当于一个研发平台,是产业化之前的中试阶段,更注重技术的含金量和产品的高质量高性能。他讲到,大约用四天的时间,可以烧一炉(半吨)的氧化铝陶瓷珠,当技术成型、产品性能稳定可靠之后,即可向规模大、实力强的公司转让技术,例如目前与侯教授合作的一家青岛公司,一期生产线年产7000吨,二期将上万吨。侯教授的公司虽然产能很低,但是其研发的耐磨氧化铝陶瓷球的价值很大,一吨价值十几万。




耐磨氧化铝陶瓷球


耐磨氧化铝陶瓷球将取代氧化锆球


跟氧化锆陶瓷球及其它研磨球一样,耐磨氧化铝陶瓷球的应用很广泛,除了应用于特种陶瓷行业以外,侯教授还提到钛白粉、硅酸锆、油漆、食品等行业。与氧化锆陶瓷球相比,耐磨氧化铝陶瓷球有何优势?侯教授仔细给我们算了一笔经济账。从整体上看,氧化铝球比氧化锆球磨耗要高。但有少数的厂家,如侯教授他们做出的95氧化铝陶瓷球与氧化锆球的磨耗大致是一样的,但是价格上有明显的优势。以4万一吨、比重接近4的95氧化铝陶瓷球为例,与15万一吨、比重为6的氧化锆陶瓷球相比,当装入同一个磨时,其投入成本约为其六分之一。另外,在用氧化锆珠磨氧化铝粉时,由于氧化锆陶瓷珠的硬度只有7,而氧化铝陶瓷珠的硬度是9,在研磨过程中氧化锆的消耗量很大,磨一吨氧化铝粉至少需要耗掉氧化锆珠子六七公斤,如果磨六公斤的氧化锆珠,按150块钱一公斤来算,共需要900块钱。氧化铝珠子就很不一样了,差不多需要磨耗一两公斤。如果是两公斤,按50块钱一公斤来算,才要100块钱,可以看出这是100和900的差别。综上不难看出,氧化铝陶瓷球相比氧化锆球,一次性投入成本低,其运行成本也低,所以,未来氧化铝粉研磨介质的发展趋势,将是耐磨氧化铝陶瓷球取代氧化锆球。


除了成本的计算,侯教授也考量了产品纯度方面的影响。在研磨锂电池隔膜用的高纯氧化铝粉时,我们国家由于没有合适的氧化铝珠子,用的是氧化锆珠子研磨,一吨氧化铝粉磨耗五六公斤的氧化锆珠子,这样,99.9的氧化铝粉的纯度会降到99.4,99.99的氧化铝粉的纯度会降到99.49。虽然说杂质锆的危害性不是特别大,但是我们国家造出来的锂电池,跟日本人造的确实相差太远。这也是侯教授近些年来大力倡议微晶化制备耐磨氧化铝陶瓷的一个缘由。


亟待攻克的关键技术


在“厉害了,我的国”的呼声中,各行各业的专业人士也清醒地意识到“是什么卡了我们的脖子”。在粉体行业里,就我们所知道的就有高端氧化铝粉、高纯石英、氯化法钛白粉、高性能碳纤维等等被卡脖子的关键材料与核心技术。关于耐磨氧化铝陶瓷亟待攻克的核心技术方面,被誉为“实战型专家”的侯宪钦教授也给出了自己的认识。除了原料的超细粉磨和低温慢烧之外,侯教授特别指出,现在需要整个业界尤其是氧化铝粉的供应商,要把原晶降下来,既要温度低,且保证转化率为94~95,这个对于氧化铝粉料生产商来讲,是有难度的,不是所有厂家都能掌握的技术,也就是说,为了追求转化率,要升高温度,一升高温就把原晶粗化了,粗化了就不适合做精细的东西。转化率与原晶之间的这个矛盾协调得好,做出的原晶又小、转化率又不低,这个就是关键的技术问题。


(本文由粉体网编辑依据侯宪钦教授在“2018新型陶瓷技术与产业高峰论坛”期间的部分采访录音整理而成。若有疑议,欢迎投稿探讨。)

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