Eine „Kugel“ könnte die Verwendung von hochreinem Aluminiumoxid erheblich beeinflussen.
Hochreines Aluminiumoxid ist aufgrund seiner außergewöhnlichen optischen, elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften zu einem wichtigen Grundmaterial geworden, das die Entwicklung moderner High-Tech-Industrien unterstützt. Von LED-Beleuchtung und Lithiumbatterieseparatoren bis hin zu Halbleiterwafern und hochwertigen optischen Komponenten spielen unterschiedliche Reinheitsgrade von hochreinem Aluminiumoxid eine unersetzliche Rolle und stellen immer höhere Anforderungen an die Pulverqualität.
Bei der Herstellung von hochreinem Nano--Aluminiumoxidpulver sind Nass-Ultrafeinmahlgeräte wie Kugelmühlen und Perlmühlen die bevorzugte Wahl für die Zerkleinerungsstufe. Beim Einsatz solcher Ultrafeinmahlanlagen ist die Auswahl der Mahlkörper ein sehr wichtiger Punkt, da sie die Kosten, die Effizienz und die Qualität des Endprodukts nach dem Mahlen bestimmt. Zu den gängigen Mahlmedien gehören Glasperlen, Zirkoniumsilikatperlen, Stahlkugeln, Aluminiumoxidkugeln, Zirkonoxidkugeln usw. Diese spielen eine wichtige Rolle beim Nassmahlprozess und bei der Reduzierung der Pulverpartikelgröße. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass selbst Schleifkörper mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit den Abrieb nicht vollständig vermeiden können und die abgenutzten Partikel das Mahlgut verunreinigen. Daher bevorzugen Hersteller in der Regel die Verwendung von Mahlkörpern aus gleichen oder ähnlichen Materialien.
01 Faktoren, die sich auf Aluminiumoxid-Mahlmittelkugeln auswirken
Kugeln aus Aluminiumoxidkeramik sind Reibungsverschleißkomponenten und ihre Verschleißrate wird sowohl durch interne als auch externe Faktoren beeinflusst, wobei interne Faktoren einen größeren Einfluss haben.
Die Verschleißfestigkeit von Aluminiumoxidkeramik hängt eng mit den mechanischen Eigenschaften des Materials und den synergistischen Effekten seiner Mikrostruktur zusammen. Derzeit sind die Zähigkeit und die Korngröße von Keramik die am besten untersuchten Faktoren und die internen Faktoren, die am engsten mit der Verschleißfestigkeit verbunden sind. Die Zähigkeit hat einen erheblichen Einfluss auf Keramik. Da kleinere Korngrößen im Allgemeinen zu einer besseren Verschleißfestigkeit von Keramiken führen, werden verschleißfeste Keramiken in Richtung mikrokristalliner Strukturen weiterentwickelt.
Bei der Pulverzerkleinerung mit Mahlgeräten beeinträchtigt der spröde Bruchverschleiß der Mahlkörper nicht nur die Lebensdauer der Mahlkörper selbst, sondern führt auch leicht zu Kontaminationsproblemen. Um den Einfluss des Mahlens auf die Reinheit des Aluminiumoxidpulvers zu verringern, ist es daher häufig erforderlich, verschleißfeste Mahlperlen aus hochreiner Aluminiumoxidkeramik zu verwenden.
02 Auswahl der Rohstoffe
Reinheit
Im Allgemeinen ist die Verwendung von hochreinem -Al₂O₃-Pulver eine entscheidende Voraussetzung für die Herstellung von Hochleistungs-Mahlkugeln aus Aluminiumoxid. Dies liegt vor allem daran: Erstens kann die Verwendung von hochreinem -Al₂O₃-Pulver das Risiko der Porenbildung nach dem Sintern wirksam reduzieren und die Möglichkeit vermeiden, dass anorganische Verunreinigungen bei hohen Temperaturen mit dem Keramikpulver reagieren oder in der Matrix verbleiben und Mikrorisse bilden. Dies gewährleistet die Dichte der Aluminiumoxid-Mahlkugeln und verleiht ihnen eine höhere Mahleffizienz und Verschleißfestigkeit. Zweitens bedeutet die Verwendung hochreiner Rohstoffe, dass die abgelösten Partikel das hochreine Aluminiumoxidpulver selbst bei erheblichem Verschleiß der Mahlkugeln nicht verunreinigen und somit seine Reinheit bewahren.
Partikelgröße
Der Verschleißmechanismus von Mahlkugeln besteht hauptsächlich aus plastischer Verformung und teilweisem transgranularem Bruch, was zu leichtem Verschleiß führt. Bei groben Körnern kann es zu interkristallinem Bruch kommen, der zu starkem Verschleiß führt. Je kleiner die Korngröße, desto besser ist die Verschleißfestigkeit der Keramik. Daher ist es bei der Auswahl der Partikelgröße des Rohpulvers ratsam, -Al₂O₃-Rohstoffe mit einer möglichst kleinen Partikelgröße zu verwenden, um die Korngröße der Keramik zu reduzieren und die Verschleißfestigkeit der Mahlkugeln zu erhöhen. Darüber hinaus haben kleinere Partikel im Vergleich zu größeren Partikeln eine größere spezifische Oberfläche oder Oberflächenenergie und bieten somit eine größere Antriebskraft für das Sintern, niedrigere Sintertemperaturen und möglicherweise eine höhere Sinterdichte, was die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert.
03 Auch die Formtechnologie ist von entscheidender Bedeutung
Im Allgemeinen gilt: Je besser die Sphärizität der Mahlkugeln, desto gleichmäßiger ist die Partikelgrößenverteilung des gemahlenen Produkts. Kleinere Mahlkugeln führen zu mehr Kontaktpunkten zwischen den Kugeln beim Mahlen, was mehr Möglichkeiten zur Materialzerkleinerung bietet und eine feinere Mahlung ermöglicht. Zu den Formtechnologien zur Herstellung sphärischer Keramikmahlkörper im In- und Ausland gehören derzeit Tropfenformen (kugelförmige Granulierung), isostatisches Pressen und Walzverfahren. Die Qualität der durch verschiedene Formverfahren hergestellten Produkte variiert.
Tropfenformen (kugelförmige Granulierung)
Das Drop-Molding-Verfahren, auch als externes Gelierungsverfahren bekannt, ist ein kontinuierliches und effizientes Verfahren zur Herstellung von Keramikmikrokugeln mit kleinem Durchmesser. Seine Besonderheit besteht darin, dass die aus der Aufschlämmung gebildeten Tröpfchen durch die Oberflächenspannung in einem öligen Medium Gestalt annehmen. Die mit dieser Methode erzielte Sphärizität ist besser als die herkömmlicher Walzmethoden. Die Mikrokügelchen sind innen gleichmäßig und dicht und erfordern kein zusätzliches Aufsprühen des Bindemittels oder Formen. Dieses Verfahren ist den isostatischen Press- und Walzverfahren zur Herstellung von Keramikkugeln mit kleinem Durchmesser technologisch überlegen.
Isostatisches Pressen
Beim isostatischen Pressen wird Pulver in eine flexible Kugelform gefüllt, die Form verschlossen und in die Arbeitskammer einer kaltisostatischen Presse gegeben. Die Form wird durch ein flüssiges Medium komprimiert, das aus allen Richtungen einen gleichmäßigen Druck ausübt. Nach dem Entformen erhält man einen kugelförmigen Grünkörper. Durch den isostatischen und gleichmäßig hohen Druck wird der kugelförmige Grünling gleichmäßig dicht, was zu einer höheren Grünfestigkeit führt. Einschränkungen aufgrund der Formen führen jedoch zu einer geringen Produktionseffizienz und schränken die Anwendung der isostatischen Presstechnologie bei der Herstellung von Keramikkugeln mit kleinem Durchmesser ein.
Isostatischer Pressvorgang (Diagramm-Platzhalter)
Rollmethode
Das Walzverfahren ist derzeit die gängige Technologie für die Massenproduktion von Mahlperlen mit kleinem{0}}Durchmesser. Das Prinzip ähnelt der Herstellung eines Schneeballs. Bei diesem Verfahren wird eine Bindemittelflüssigkeit aufgesprüht, um die Kernkugeln zu befeuchten. Anschließend wird trockenes Pulver auf die Außenseite der angefeuchteten Kerne gegeben, das dann durch Walzen verdichtet wird. Diese Methode ist im Prinzip einfach und weist eine hohe Produktionseffizienz auf, was sie immer noch zur besten Methode zum Formen von Keramikkugeln im Millimetermaßstab macht. Derzeit haben viele inländische Unternehmen eine automatisierte Steuerung und Optimierung verschiedener Parameter, einschließlich Sprüh- und Pulverzufuhrgeräten, erreicht, was die Massenproduktion hochwertiger Keramikkugeln wie Aluminiumoxid und Zirkonoxid ermöglicht.
04 Sinterregime
Zu hohe Sintertemperaturen und zu lange Haltezeiten können das Wachstum von Al₂O₃-Kristallen fördern und die Menge an flüssiger Phase erhöhen. Dadurch verringert sich nicht nur die Festigkeit, sondern auch die Verschleißfestigkeit. Ist die Temperatur jedoch zu niedrig, nimmt die Sinterdichte ab und auch die Verschleißfestigkeit der Keramikkugeln nimmt ab. Auch bei hohem Al₂O₃-Gehalt ist durch ungeeignete Sintertemperaturen keine gute Verschleißfestigkeit gewährleistet; Der Schlüssel hängt von der Phasenzusammensetzung und der Mikrostruktur der Keramikkugeln ab. Daher ist es notwendig, die geeignete Sintertemperatur zu bestimmen und die geeignete Haltezeit zu steuern. Im Allgemeinen kann die Schnellbrenntechnologie bei niedriger-Temperatur eingesetzt werden, die erhebliche Vorteile bei der Energieeinsparung bietet. Es trägt auch dazu bei, das Kornwachstum in Aluminiumoxid-Keramikkugeln zu hemmen, was sich positiv auf die Festigkeit und Zähigkeit des Produkts auswirkt und dadurch deren Verschleißfestigkeit erhöht.
Sinterhilfsmittel beeinflussen das schnelle Brennen bei niedrigen -Temperaturen erheblich. Zu den häufig verwendeten Systemen gehören das SiO₂-CaO-MgO-System, das MnO₂-TiO₂-MgO-System und das CuO-SiO₂-System. Diese Systeme können die Sintertemperatur erheblich senken und gleichzeitig die Körner verfeinern, die Struktur stabilisieren und die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessern.