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
技術領域：
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準球配方及其制造方法，因氧化鋯的化學惰性，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)定氧化鋯標準球，可以應用于陶瓷軸承。
背景技術：
本發(fā)明有兩個技術背景: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?。其中保健按摩器械更是深受廣大民眾所樂于接受，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)達國家保健行業(yè)很受歡迎，與麥飯石相關保健按摩器械正在大力開發(fā)過程中。氧化鋯標準球制造技術是特種陶瓷中難度系數(shù)很大的生產(chǎn)工藝技術。目前國內(nèi)生產(chǎn)氧化鋯軸承級標準球都是先以干粉壓出塊狀半成品，然后用雕刻機加工成球形，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壓制球形半成品，然后燒制的技術，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，其最主要的缺陷是裂紋，難以成型。麥飯石單獨成球做產(chǎn)品不可采取，一是其外觀粗糙多孔，不美觀；二是強度低，不耐磨，且磨加工困難，無法·加工達到所需精度，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:將麥飯石摻雜進釔穩(wěn)定氧化鋯材料，因氧化鋯的化學穩(wěn)定性，不與飯麥石反應，僅對麥飯石起包裹作用，所以對麥飯石的功效起保護作用，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準球的制造方法，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方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明的制作采用超細麥飯石粉末，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間，出料，噴霧干燥制得粉粒，經(jīng)過干粉壓機小壓力預壓成型后，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，可達標準軸承球精度。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)品的美觀接近或達到人造鋯寶石效果，同時產(chǎn)品直徑加工誤差可控制在正負0.05毫米以內(nèi)，球圓度值達六級軸承球標準，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，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，可大批量生產(chǎn),產(chǎn)量大,效率高,合格率可達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，后期磨加工相當困難，后期加工成本可達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先溶入水或酒精中預制成溶液，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。所述的預壓，是以普通油壓機或全自動(TPA)干粉壓機，預先壓制成球型。產(chǎn)品是球型，所以干壓模具由上下兩個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應力集中，并均指向球心，產(chǎn)生很大的集中預應力。同時，因為是球型，向下工作時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，產(chǎn)品因預應力放散，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，在上沖頭上端留有排氣孔，內(nèi)大外小呈錐形，同時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，保壓時間加長，有利于坯體排氣。同時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，可以相應減少坯體的預應力，在出模時預應力的放散，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98%以上。所述的等靜壓為濕式等靜壓，預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，力傳導均勻，收縮均勻，是等靜壓工藝常用材料)，裝于等靜機的工作液中，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，跟慘雜的麥飯石比例也有關。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，以專用設備拋光，使產(chǎn)品表面光潔。本發(fā)明的優(yōu)點在于:
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。同時生產(chǎn)可以充分利用原有的生產(chǎn)設備和空間，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壓，再經(jīng)等靜壓高壓壓制，燒成后比重大，硬度大、抗彎強度大、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)的高技術領域。本發(fā)明同時適用于氮化鋁，碳化硅等其他特種陶瓷行業(yè)。
具體實施例方式下面將結(jié)合具體實施案例對本發(fā)明作進一步的描述。實施案例一
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)標準陶瓷球。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，氧化鋯漿料細度D50小于500納米，混合后在球磨機內(nèi)球磨24小時，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、干壓機為海寧的16噸TPA干粉壓機,頻率為3件/分鐘,壓力為5KN,換算成壓強為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。7、研磨加工與拋光在專利設備上完成，加工精度直徑±0.03mm,圓度值達六級軸承標準，本發(fā)明產(chǎn)品合格率98%。
實施例二
一種釔穩(wěn)定氧化鋯標準軸承球的制作方法。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，經(jīng)大球石粗磨，小球石細磨后，漿料球磨至細度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、干壓機為海寧的16噸TPA干粉壓機，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。7、研磨加工與拋光在專利設備上完成，加工精度直徑±0.02mm,圓度值達六級軸承標準，本發(fā)明產(chǎn)品合格率98%。按照本實施例制得的產(chǎn)品三點彎曲強度(Mpa):彡600MPa ;斷裂韌性彡10 MPa.m1/2，硬度(Hv)彡 1500。
權利要求
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為釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜麥飯石標準球。
2.根據(jù)權利要求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利要求I 5中任一項所述的釔穩(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+麥飯石超細粉體、球磨均化、攪拌磨、噴霧干燥制粒、預壓、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)以氧化鋯球為佳，也可用氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA)球次之，球磨24小時以上； 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)； 所述的預壓，是以普通油壓機或全自動(TPA)干粉壓機，預先壓制成球型； 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，以專用設備拋光，使產(chǎn)品表面光潔。
5.根據(jù)權利要求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壓采用干壓機以壓強為5-50公斤/平方厘米的壓力預壓成型，所述預壓壓制速度，由普通的7-11件/分鐘的壓制頻率降至1-6件/分鐘，加長保壓時間。
7.根據(jù)權利要求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，預壓后的球狀坯體先裝入乳膠袋中裝入等靜機的工作液中，經(jīng)120-160兆帕(MPa)的高壓等靜壓。
8.根據(jù)權利要求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，先干粉低壓預壓，再以等靜壓高壓成型，經(jīng)1400-1530℃高溫燒結(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+麥飯石超細粉體(配比)——球磨均化——攪拌磨(加入專用配方膠體)——噴霧干燥制粒——預壓——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)品三點彎曲強度≥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