專利名稱：一種釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球配方及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種保健按摩用的陶瓷新材料結(jié)構(gòu)部件及其制造方法，具體說是一種陶瓷保健按摩器械用球或者軸承標(biāo)準(zhǔn)球配方及其制造方法，因氧化鋯的化學(xué)惰性，對麥飯石主要起包裹作用，不影響麥飯石的保健功效，所得產(chǎn)品主要用于高端保健按摩器械中，而不摻雜麥飯石的釔穩(wěn)定氧化鋯標(biāo)準(zhǔn)球，可以應(yīng)用于陶瓷軸承。
背景技術(shù)：
本發(fā)明有兩個(gè)技術(shù)背景:保健按摩功效和陶瓷軸承球。保健行業(yè)目前在國內(nèi)外方興未艾，市場很大，發(fā)展?jié)摿σ簿薮蟆Ｆ渲斜＝“茨ζ餍蹈巧钍軓V大民眾所樂于接受，更環(huán)保，健康。而麥飯石的有微量的天然輻射，對身體有利，近年來在日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家保健行業(yè)很受歡迎，與麥飯石相關(guān)保健按摩器械正在大力開發(fā)過程中。氧化鋯標(biāo)準(zhǔn)球制造技術(shù)是特種陶瓷中難度系數(shù)很大的生產(chǎn)工藝技術(shù)。目前國內(nèi)生產(chǎn)氧化鋯軸承級標(biāo)準(zhǔn)球都是先以干粉壓出塊狀半成品，然后用雕刻機(jī)加工成球形，再去燒制,再去磨加工,再拋光,生產(chǎn)工藝繁雜,成本高,合格率低。另外直接以干粉等靜壓，因其橡膠模具及裝料等原因，半成品圓度很差，后期加工量大，如不經(jīng)雕刻，直接磨加工成品，其磨加工(氧化鋯產(chǎn)品本身非常耐磨)成本太高難以讓市場接受。直接以干粉通過全自動壓機(jī)壓制球形半成品，然后燒制的技術(shù)，一直是氧化鋯陶瓷生產(chǎn)企業(yè)想要完成的而未能完成的技術(shù)，其最主要的缺陷是裂紋，難以成型。麥飯石單獨(dú)成球做產(chǎn)品不可采取，一是其外觀粗糙多孔，不美觀；二是強(qiáng)度低，不耐磨，且磨加工困難，無法·加工達(dá)到所需精度，或在磨加工過程中出現(xiàn)大量破損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:將麥飯石摻雜進(jìn)釔穩(wěn)定氧化鋯材料，因氧化鋯的化學(xué)穩(wěn)定性，不與飯麥?zhǔn)磻?yīng)，僅對麥飯石起包裹作用，所以對麥飯石的功效起保護(hù)作用，可以有效發(fā)揮麥飯石的保健功效。本發(fā)明的另一目的在于:提供一種干粉壓制氧化陶瓷材料標(biāo)準(zhǔn)球的制造方法，包含粉料的膠體配方及成型的特殊工藝。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的制作采用超細(xì)麥飯石粉末，白色粉末為佳，淡黃色粉末次之，以一定的比例與釔穩(wěn)定氧化鋯漿料或未加膠體的氧化鋯粉體在球磨機(jī)內(nèi)混合均化，混合均化完全后加入特制的膠體系統(tǒng)，用攪拌磨混合一定時(shí)間，出料，噴霧干燥制得粉粒，經(jīng)過干粉壓機(jī)小壓力預(yù)壓成型后，再經(jīng)等靜壓120-160MPa高壓壓制，再經(jīng)1400°C _1530°C高溫氧化焰燒成，所制產(chǎn)品經(jīng)研磨加工，再經(jīng)拋光處理后，可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)軸承球精度。本發(fā)明所制作的產(chǎn)品即可保證麥飯石的保健功能，又能保證產(chǎn)品的美觀接近或達(dá)到人造鋯寶石效果，同時(shí)產(chǎn)品直徑加工誤差可控制在正負(fù)0.05毫米以內(nèi)，球圓度值達(dá)六級軸承球標(biāo)準(zhǔn)，保證保健儀器的安裝精度和要求。另外本發(fā)明的產(chǎn)品為氧化鋯基質(zhì)材料，耐磨性很好，可控制在十萬分之三以內(nèi)的每小時(shí)磨耗。本發(fā)明制作的產(chǎn)品還因表明光潔，有玉質(zhì)感，小巧精美，手感極佳，為保健行業(yè)上佳新產(chǎn)品。本發(fā)明所制作的產(chǎn)品還可以開發(fā)特種陶瓷與保健醫(yī)療相結(jié)合的新行業(yè)其他商品。本發(fā)明的制作采用干粉壓制，對粉料采用新的配方膠體系統(tǒng)，對模具做了新的改進(jìn)，壓制參數(shù)與普通產(chǎn)品不同，其他同普通特種陶瓷干粉壓制工藝，工藝簡單，可操作性強(qiáng)，可大批量生產(chǎn),產(chǎn)量大,效率高,合格率可達(dá)98%。本發(fā)明所制作產(chǎn)品凈尺寸精度高,后期加工余量小，余量可控制在0.1-0.25毫米，后期加工精度高，直徑誤差可控制在0.05毫米以內(nèi)。對于釔穩(wěn)定氧化鋯球，因材料本身的高耐磨性，后期磨加工相當(dāng)困難，后期加工成本可達(dá)50%或以上。所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球制造工藝流程為:
釔穩(wěn)定氧化鋯漿料或未加膠粉體+麥飯石超細(xì)粉體(配比)一球磨均化一攪拌磨(加入專用配方膠體)一噴霧干燥制粒一預(yù)壓一等靜壓一燒結(jié)一磨加工一拋光一乾穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球。其中，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯漿料或未加膠粉體+麥飯石超細(xì)粉體(配比)，先加工釔穩(wěn)定氧化鋯漿料，或外購未加膠釔穩(wěn)定氧化粉料，漿料或粉體一定是已配好，已磨加工到所需細(xì)度，其中又以釔穩(wěn)定氧化鋯漿料為佳，更便于與麥飯石粉均化。麥飯石粉體以白色粉體為佳，淡黃色粉體次之。麥飯石粉體細(xì)度必須控制粒徑小于2微米，以0.5微米為佳。配比釔穩(wěn)定氧化鋯:麥飯石=100: (0.5-50)為佳。
所述的球磨均化是將釔穩(wěn)定氧化鋯漿料(粉料)與麥飯石粉料混合料放入球磨機(jī)粉碎，混合，均化。可按照100份重量混合料(干料)加水40-60份重量，球磨24小時(shí)以上。所述的攪拌磨(加入專用配方膠體) 是將已球磨均化完全的混合料漿轉(zhuǎn)到攪拌磨中。以混合料的干料100份重量為基數(shù)計(jì)算，分別額外加入0.5-1.5份的聚乙二醇(PEG)，加Λ 0.2-1.0份的硬酯酸，加入0.5-1.0份的阿拉伯樹膠，加入0.3份的消泡劑，加入1.0-2.0份聚乙烯醇(PVA)。其中所添加的膠體均以干料稱重，再分別以不同的比例預(yù)先溶入水或酒精中預(yù)制成溶液，再加入攪拌中的混合漿料中，這樣才能在加入后使?jié){料混合均勻。而聚乙烯醇(PVA)最后加入，要求一邊攪拌一邊緩慢加入。因所加入膠體已帶有水分，所以可不額外加水，漿料以混合膠體后便于噴霧干燥即可。本配方膠體可以增加干燥后粉體的粘性，可塑性，潤滑性，可以為干粉壓制工藝提供良好的粉料性能。所述的噴霧干燥制粒，是將在攪拌磨加膠后的漿料，在噴霧干燥塔中干燥，旋風(fēng)造粒，所得粉料粒徑可控，一般控制在全過60目篩或80目篩，或全過100目篩。所得粉料含水量可控制在0.5%以內(nèi)。且粒子一般為球形，便于干粉壓制。所述的預(yù)壓，是以普通油壓機(jī)或全自動(TPA)干粉壓機(jī)，預(yù)先壓制成球型。產(chǎn)品是球型，所以干壓模具由上下兩個(gè)半球沖頭加母模組成。上沖頭壓制面是球型，不是普通的平面，所以受力不是普通的介面一樣受力均勻，球型上沖頭向下工作時(shí)應(yīng)力集中，并均指向球心，產(chǎn)生很大的集中預(yù)應(yīng)力。同時(shí)，因?yàn)槭乔蛐?，向下工作時(shí)模面穹狀空間容易集聚空氣，在一定速度下及壓力下，在粉料受壓并致密過程中排氣不易，形成一定壓力的壓縮空氣包。在壓制完成，上沖頭上行后出模時(shí)，產(chǎn)品因預(yù)應(yīng)力放散，體積膨脹而造成裂紋。所以本發(fā)明在工藝過程中對模具做了改進(jìn)，在上沖頭上端留有排氣孔，內(nèi)大外小呈錐形，同時(shí)在上沖頭對稱的兩邊留有0.5毫米的2道或4道排氣槽，排氣槽與母模是有空隙的，并直通外頂。同時(shí)放慢壓制速度，由普通的7-11件/分鐘的壓制頻率降至1-6件/分鐘，保壓時(shí)間加長，有利于坯體排氣。同時(shí)每平方厘米壓力由普通的800-1200公斤調(diào)整為5-50公斤。減小壓力壓制，可以相應(yīng)減少坯體的預(yù)應(yīng)力，在出模時(shí)預(yù)應(yīng)力的放散，坯體膨脹破壞力大大減少。另外由于粉體的專用配方膠體系統(tǒng)，可以在小壓力的情況下獲得良好的球狀坯體，合格率達(dá)98%以上。所述的等靜壓為濕式等靜壓，預(yù)壓后的球狀坯體先裝入乳膠袋中(乳膠材料在等靜壓環(huán)境中壓力均勻，力傳導(dǎo)均勻，收縮均勻，是等靜壓工藝常用材料)，裝于等靜機(jī)的工作液中，經(jīng)120-160兆帕(MPa)的高壓等靜壓后，可以使球狀坯體均勻受壓，并致密。等靜壓出來的球狀坯體可以是一個(gè)均質(zhì)體，不同于干壓出來的坯體內(nèi)外不同部位密度不同。所述燒結(jié)是指經(jīng)等靜壓后的坯體，用電窯或液化氣窯經(jīng)1400°C -1530°C高溫氧化氣氛燒結(jié)，可得高比重、高耐磨性、近凈尺寸氧化鋯質(zhì)產(chǎn)品。具體燒成溫度與所用釔穩(wěn)定氧化錯基質(zhì)材料有關(guān)，跟慘雜的麥飯石比例也有關(guān)。所述的研磨加工是將燒結(jié)好的坯體放在研磨加工裝置上進(jìn)行球形研磨加工。所述拋光是將研磨加工好后的坯體放入拋光介質(zhì)中，以專用設(shè)備拋光，使產(chǎn)品表面光潔。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明用釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石，因氧化鋯的化學(xué)惰性，可以很好的保證麥飯石的保健功效。由于釔穩(wěn)定氧化鋯基質(zhì)的高硬度，高耐磨性，很好的玉質(zhì)感，高光潔度，高精度，高品質(zhì)，可以很好的配合高檔按摩儀，發(fā)展保健器械高端市場。本發(fā)明應(yīng)用干粉壓制工藝，工藝簡單，生產(chǎn)效率高，成品高，生產(chǎn)成本低。同時(shí)生產(chǎn)可以充分利用原有的生產(chǎn)設(shè)備和空間，不額外增加投入。相對雕刻工藝來說，生產(chǎn)效率可以數(shù)十位提高，且硬件投入少。本發(fā)明由于采用先小壓力預(yù)壓，再經(jīng)等靜壓高壓壓制，燒成后比重大，硬度大、抗彎強(qiáng)度大、耐磨性好，相對一次干壓工藝來說，產(chǎn)品品質(zhì)更好。本發(fā)明的另一大特點(diǎn)是，工藝中如不摻雜麥飯石，可以用來生產(chǎn)陶瓷軸承，這又是軸承行業(yè)的高技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明同時(shí)適用于氮化鋁，碳化硅等其他特種陶瓷行業(yè)。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合具體實(shí)施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實(shí)施案例一
一種釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球配方及制作方法?？紤]保健功效及高端按摩器械的技術(shù)要求，選擇用釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石，采用干粉壓制工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)陶瓷球。本發(fā)明的配方及其制作方法如下:
1、將釔穩(wěn)定氧化 鋯漿料折算成干料與白色麥飯石粉以100:1的比例配比混合，麥飯石粉料粒徑小于2微米，白色，氧化鋯漿料細(xì)度D50小于500納米，混合后在球磨機(jī)內(nèi)球磨24小時(shí)，其混合加水比例為料:球石:水=1:3:0.5。2、混合完全后出球，在攪拌磨中一邊攪拌，一邊以加入如下膠體:以所述I中的混合料干料100份重量計(jì)算，先后另外加入I份重量的聚乙二醇(PEG)，加入0.5份重量的硬酯酸，加入0.5份重量的阿拉伯樹膠，加入0.3份重量的消泡劑，加入1.5份重量聚乙烯醇(PVA)。其中:PEG是以10%的水溶液的形式加入，硬酯酸是以20%的酒精溶液的形式加入，阿拉伯樹膠是以10%的水溶液的形式加入，PVA是以5%的水溶液的形式加入，消泡劑為外購液體狀。PVA最后緩慢加入。3、噴霧干燥塔進(jìn)氣口溫度為150°C，出口溫度為50°C，干燥后粉料水分小于0.5%，粉料過60目篩。4、干壓機(jī)為海寧的16噸TPA干粉壓機(jī),頻率為3件/分鐘,壓力為5KN,換算成壓強(qiáng)為15公斤/平方厘米。模具上沖頭對稱兩側(cè)各開一條0.5毫米的直通排氣槽。5、等靜壓壓力為150MPa,保壓30秒。6、燒結(jié)用升降爐，每爐1200件。最高溫1510°C，高溫保溫2小時(shí)。7、研磨加工與拋光在專利設(shè)備上完成，加工精度直徑±0.03mm,圓度值達(dá)六級軸承標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明產(chǎn)品合格率98%。
實(shí)施例二
一種釔穩(wěn)定氧化鋯標(biāo)準(zhǔn)軸承球的制作方法。本發(fā)明采用干粉壓制生產(chǎn)工藝。其具體工藝如下: 1、將釔穩(wěn)定氧化鋯粉體按配比加入球磨機(jī)，經(jīng)大球石粗磨，小球石細(xì)磨后，漿料球磨至細(xì)度D50為300納米。2、漿料出球后，在攪拌磨中一邊攪拌，一邊以加入如下膠體:以所述I中的混合料干料100份重量計(jì)算，先后加入1.0份重量的聚乙二醇(PEG)，加入0.5份重量的硬酯酸，加入0.5份重量的阿拉伯樹膠，加入0.3份重量的消泡劑，加入1.5份重量聚乙烯醇(PVA)。這其中:PEG是以10%的水溶液的形式加入，硬酯酸是以20%的酒精溶液的形式加入，阿拉伯樹膠是以10%的水溶液的形式加入，PVA是以5%的水溶液的形式加入，消泡劑為外購液體狀。PVA最后邊攪拌邊緩慢加入。3、噴霧干燥塔進(jìn)氣口溫度為150°C，出口溫度為50°C，干燥后粉料水分小于0.5%，粉料過60目篩。4、干壓機(jī)為海寧的16噸TPA干粉壓機(jī)，頻率為3件/分鐘，壓力為5KN。模具上沖頭對稱兩側(cè)各開一條0.5毫米的直通槽。5、等靜壓壓力為150MPa,保壓30秒。6、燒結(jié)用升降爐，每爐1200件。最高溫1510°C，高溫保溫2小時(shí)。7、研磨加工與拋光在專利設(shè)備上完成，加工精度直徑±0.02mm,圓度值達(dá)六級軸承標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明產(chǎn)品合格率98%。按照本實(shí)施例制得的產(chǎn)品三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度(Mpa):彡600MPa ;斷裂韌性彡10 MPa.m1/2，硬度(Hv)彡 1500。
權(quán)利要求
1.一種釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球，其特征在于所述的保健球?yàn)獒惙€(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石標(biāo)準(zhǔn)球。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球，其特征在于所述釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球中釔穩(wěn)定氧化鋯與麥飯石的配方比例為100份(O. 5-50)份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球，其特征在于所述釔穩(wěn)定氧化鋯為漿料，或外購未加膠釔穩(wěn)定氧化粉料，所用釔穩(wěn)定氧化鋯粉體或漿料顆粒直徑D50小于O. 5微米，麥飯石粉體粒徑小于2微米。
4.一種用于制作如權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球的制造方法，其特征在于 所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球制造工藝步驟為 釔穩(wěn)定氧化鋯漿料或者是未加膠體系統(tǒng)的釔穩(wěn)定氧化鋯粉體+麥飯石超細(xì)粉體、球磨均化、攪拌磨、噴霧干燥制粒、預(yù)壓、等靜壓、燒結(jié)、磨加工、拋光、釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球； 所述的球磨均化是將釔穩(wěn)定氧化鋯漿料或粉料與麥飯石粉料混合料放入球磨機(jī)粉碎，混合，均化；可按照100份重量混合料干料加水40-60份重量，研磨介質(zhì)以氧化鋯球?yàn)榧?，也可用氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA)球次之，球磨24小時(shí)以上； 所述的攪拌磨是將已球磨均化的混合料漿加入膠體轉(zhuǎn)到攪拌磨中攪拌磨； 所述的噴霧干燥制粒，是將在攪拌磨加膠后的漿料，在噴霧干燥塔中干燥，控制在全過60目篩至100目篩，所得粉料含水量控制在O. 5%以內(nèi)； 所述的預(yù)壓，是以普通油壓機(jī)或全自動(TPA)干粉壓機(jī)，預(yù)先壓制成球型； 所述燒結(jié)是指經(jīng)等靜壓后的坯體，用電窯或液化氣窯經(jīng)1400°C _1530°C高溫氧化氣氛燒結(jié)； 所述的研磨加工是將燒結(jié)好的坯體放在研磨加工裝置上進(jìn)行球形研磨加工； 所述拋光是將研磨加工好后的坯體放入拋光介質(zhì)中，以專用設(shè)備拋光，使產(chǎn)品表面光潔。
5.根據(jù)權(quán)利要求6所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球的制造方法，其特征在于所述釔穩(wěn)定氧化錯與麥飯石的膠體配方為，按照所述釔穩(wěn)定氧化鋯與麥飯石的配方料干料的重量100份計(jì)算，額外加O. 5-1. 5份的聚乙二醇(PEG)，O. 1_1. O份的硬酯酸，O. 5-1. O份的阿拉伯樹膠，O. 3份的消泡劑，I. 0-2. O份聚乙烯醇(PVA)，加膠過程中聚乙烯醇(PVA)最后加入,邊攪拌邊緩慢加入。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球的制造方法，其特征在于所述的預(yù)壓采用干壓機(jī)以壓強(qiáng)為5-50公斤/平方厘米的壓力預(yù)壓成型，所述預(yù)壓壓制速度，由普通的7-11件/分鐘的壓制頻率降至1-6件/分鐘，加長保壓時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球的制造方法，其特征在于所述的等靜壓為濕式等靜壓，預(yù)壓后的球狀坯體先裝入乳膠袋中裝入等靜機(jī)的工作液中，經(jīng)120-160兆帕(MPa)的高壓等靜壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球的制造方法，其特征在于干壓模具的上沖頭正中頂部留排氣孔，或者在模具的上沖頭周邊開對稱布置的排氣槽，或者頂部和周邊兩部分同時(shí)在模具的上沖頭開排氣孔或槽，所述排氣孔，內(nèi)大外小呈錐形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球的制造方法，其特征在于所述材料可更換為純釔穩(wěn)定氧化鋯、鈣穩(wěn)定氧化鋯、鎂穩(wěn)定氧化鋯、鈰穩(wěn)定氧化鋯、或混合穩(wěn)定氧化鋯、氮化鋁或碳化硅。
10.如權(quán)利要求6 15所述的釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球的制造方法制備陶瓷軸承球，其特征在于選擇釔穩(wěn)定氧化鋯不摻雜麥飯石，其他工藝不變，可生產(chǎn)釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷軸承球。
全文摘要
一種釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球配方及其制造方法，采用釔穩(wěn)定氧化鋯中摻雜部分麥飯石，保有麥飯石的保健功效。采用專用的膠體配方，先干粉低壓預(yù)壓，再以等靜壓高壓成型，經(jīng)1400-1530℃高溫?zé)Y(jié)，再經(jīng)研磨拋光，即得本發(fā)明所得產(chǎn)品。所述制造工藝流程為釔穩(wěn)定氧化鋯漿料或未加膠粉體+麥飯石超細(xì)粉體(配比)——球磨均化——攪拌磨(加入專用配方膠體)——噴霧干燥制?！A(yù)壓——等靜壓——燒結(jié)——磨加工——拋光——釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石保健球。另本發(fā)明選擇釔穩(wěn)定氧化鋯不摻雜麥飯石，其他工藝不變，即可生產(chǎn)釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷軸承球。所得產(chǎn)品三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度≥600MPa；斷裂韌性≥10MPa.m1/2，硬度(Hv)≥1500GMa。
文檔編號C04B35/622GK103253936SQ201310206158
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月29日
發(fā)明者張亮, 李順祿 申請人:湖南華聯(lián)特種陶瓷有限公司