Influence de la température de frittage sur les performances des billes de meulage en céramique zircone

Depuis les années 1970, le Professeur Gavrie d’Australie a découvert le mécanisme de trempe de la céramique au zircone. La céramique au zircone a trouvé de larges applications dans diverses céramiques structurelles et fonctionnelles. Zircone balles de broyage céramique, comme un produit très utilisé et polyvalent dans la céramique de zircone, sont largement appliquées dans les industries telles que la céramique, les matériaux de construction, les produits chimiques, les revêtements, l’électronique, les machines, la nourriture, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques. En raison des excellentes propriétés de la zircone, y compris la dureté élevée, de haute résistance, la ténacité élevée, la résistance à l’usure, la résistance à la corrosion, et la haute densité, zircone balles de broyage céramique sont non seulement largement utilisés pour le broyage de la céramique de zircone, mais aussi pour d’autres applications telles que les poudres céramiques électroniques, poudres de matériaux magnétiques, de haute technologie des poudres céramiques structurelles et fonctionnelles, pigments céramiques et émailles quotidiennes, revêtements chimiques, poudres de polissage mécanique, pharmaceutiques, Et le broyage de poudre alimentaire, où ils fournissent des effets de broyage et de dispersion inégalés, réduisant les impuretés et améliorant l’efficacité de broyage.

Le frittage est une étape cruciale dans la production de produits céramiques, car il joue un rôle important dans la détermination de la microstructure et des propriétés des matériaux céramiques. Au cours du frittage, les propriétés physiques et chimiques des corps céramiques changent, ce qui influence en fin de compte les performances du produit final. La détermination de la température de frittage est un des paramètres cruciaux du processus de frittage. Cette étude porte sur l’impact de la température de frittage sur la densité et la résistance à l’usure des billes de broyage en céramique zircone laminées.

Preparation and Performance Testing of Zirconia Ceramic Grinding Balls1.1 Preparation of Zirconia Ceramic Ball BlanksZirconia ceramic grinding ball blanks were prepared using sub-micrometer 3% Y2O3-stabilized ZrO2 (molar fraction) with a median particle size of 3.75 µm as the raw material. Les ébauches à billes ont été fabriquées selon une méthode de laminage. Le procédé de fabrication a consisté à placer dans un laminoir une certaine quantité de carottes à billes de zircone préfabriquées (de dimensions inférieures à 0,5 mm) et à les faire tourner en continu à une vitesse constante de 40 tr/min. Une solution d’eau à 0,3 % d’alcool polyvinylique A été pulvérisée sur les surfaces du noyau de la bille, puis on A ajouté de la poudre de zircone au mélange. Après avoir roulé pendant 1 minute pour assurer la fixation ferme de la poudre aux noyaux de billes, la taille de la bille a progressivement augmenté pour atteindre environ 7 mm. La pulvérisation a été arrêtée, et les blancs de billes ont été ensuite roulés pendant environ 30 minutes pour polir leurs surfaces. Après l’arrêt de la machine, les ébauches de billes de broyage en céramique zircone étaient lisses, rondes et de bonne rondeur. Les blancs ont été laissés sécher à l’air pendant 24 heures, puis bien séchés dans un four à 80°C. La densité des ébauches à billes séchées a été calculée à partir du volume total déterminé en mesurant le diamètre de dix ébauches à billes et en pesant leur poids total. La densité calculée des ébauches à billes séchées était de 4,29 g/cm³.

1.2 procédé de frittage pour les ébauches à billes en céramique zircone les ébauches à billes en céramique zircone ont été divisées en quatre groupes, chacun soumis à des procédés de frittage différents. Le procédé de frittage consistait à chauffer de la température ambiante à la température de frittage désirée, avec une vitesse de chauffage de 100°C/h. Lorsque la température a atteint 1000°C, la vitesse de chauffage a été réduite à 50°C/h et les températures de frittage pour les quatre groupes ont été fixées à 1450°C, 1500°C, 1550°C et 1600°C. Les échantillons ont ensuite été refroidi à l’intérieur du four pour obtenir des billes de broyage en céramique zircone d’un diamètre d’environ 6 mm.

1.3 essai des propriétés des billes de céramique zircone mesure de la densité: la densité volumique des billes de broyage de céramique zircone frittée a été déterminée en mesurant leur poids sec et leur poids dans l’eau à l’aide d’une balance avec une précision de 0,0001 g. La densité volumique des billes céramiques résistantes à l’usure a été calculée selon la méthode d’archimède.

Mesure du taux d’abrasion: environ 1 kg de billes de meulage en céramique zircone de chaque groupe a été sélectionné pour l’essai du taux d’abrasion. Ces billes ont été placées dans un conteneur en polyuréthane d’un diamètre intérieur de 220 mm et d’une longueur de 220 mm. Ensuite, 500 mL d’eau désionisée ont été ajoutés et le mélange a été broyé à 60 tr/min pendant 48 heures à l’aide d’un broyeur à billes. Après l’essai, les échantillons ont été lavés à l’eau, séchés dans un four à 80°C, puis pesés pour calculer le taux d’abrasion, exprimé en (m - mZ)/(m * 48), avec des unités en 10^-6/h.

Résultats et discussioninfluence de la température de frittage sur la densité volumique des billes de broyage céramique zircone la figure 1 montre la variation de la densité volumique des billes de broyage céramique zircone préparées selon la méthode de laminage et frittées selon le procédé de frittage spécifié en fonction de la température de frittage. Il est évident qu’au fur et à mesure que la température de frittage augmentait, la densité volumique des billes de meulage de zircone augmentait progressivement. Entre 1500°C et 1550°C, la densité volumique a fortement augmenté, tandis qu’entre 1450°C et 1500°C et entre 1550°C et 1600°C, la courbe s’est aplatie. Il est clair qu’à des températures de frittage de 1450°C et 1500°C, les billes de broyage en céramique de zircone ne se sont pas entièrement agglomérées et densifiées, avec des densités de volume autour de 5,7 à 5,759 g/cm³. Après frittage à 1550°C, les billes de broyage en céramique zircone ont montré une augmentation significative de la densité volumique, ce qui indique un frittage et une densification importants. La densité volumique a atteint 5,919 g/cm³, soit environ 97,9 % de la densité théorique (calculée à 6,109 g/cm³). A 1600°C, bien que la densité volumique ait légèrement augmenté, la température de frittage trop élevée a entraîné une croissance anormale de certains grains (l’influence des conditions du procédé sur la microstructure des céramiques zircone sera examinée dans un article séparé).

Étant donné que la taille du grain des céramiques de zircone contrôle le potentiel de stabilisation de la transformation de phase tétragonal en phase monoclinique pendant le refroidissement à la température ambiante, la croissance excessive de certains grains à 1600°C entraîne une transformation de phase en phase monoclinique, réduisant la teneur en zircone de phase tétragonal qui contribue à la résistance à l’usure à la température ambiante. Par conséquent, la résistance à l’usure a diminué et le taux d’abrasion a commencé à augmenter.

Conclusion(1)Des ébauches à billes en céramique zircone ont été préparées selon la méthode de laminage et ces ébauches avaient des surfaces lisses, une bonne rondeur et une densité volumique élevée. Des densités volumiques relatives d’environ 97% ont été obtenues pour les céramiques frittées entre 1550-1600°C.(2) la résistance à l’usure des billes de broyage céramique zircone est principalement influencée par leur densité volumique et la teneur en zircone de phase tétragonale capable de transformation de phase. Dans les conditions de cette expérience, les billes de meulage en céramique zircone fabriquées selon la méthode de laminage et frittées à 1550°C ont montré une excellente résistance à l’usure, avec un taux d’abrasion de 2,6 x 10^-6/h.