一种研磨机用复合研磨介质及其制备方法与流程

1.本发明涉及研磨介质领域，具体涉及一种研磨机用复合研磨介质及其制备方法。


背景技术：

2.目前超细粉体行业发展迅速，而其发展必不可缺的设备是球磨机和砂磨机，这些设备中都必须使用研磨介质，由于球磨机粉磨的产品颗粒形貌接近球形，符合粉体产品的技术要求，所以球磨机是粉体加工最常用的设备，随着科学技术的发展，对粉体加工技术也提出了更高的要求；
3.目前，我国球磨机所用研磨体多数为金属(钢、铁)研磨体，即通常使用钢球、钢段，由于球磨机有用功低，仅有3％用于粉磨物料，因此存在球磨机电耗高、磨内温度和出磨产品温度高等问题，从而导致生产成本高、质量达不到技术要求，现今已有高性能陶瓷研磨体(增韧、耐磨等)在球磨机中使用，由于陶瓷研磨体的密度较金属铁的密度小很多，在相同或陶瓷研磨体略高的填充率条件下，陶瓷研磨体的装载重量仅为金属的50-60％，则球磨机的电耗能够大幅度降低，为企业的节能降耗提供了技术保证；
4.但现有的陶瓷研磨体所用原料粉分散性差、易于团聚，导致最终烧结得到的陶瓷研磨体内部密度不够均匀，导致陶瓷研磨体的硬度不佳和磨损较大，导致研磨成本高，限制了陶瓷研磨体的发展，因此亟需一种研磨机用复合研磨介质及其制备方法来解决以上问题。


技术实现要素：

5.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种研磨机用复合研磨介质及其制备方法：通过将改性碳化硅、碳化硼、酚醛树脂以及球磨促进剂加入至球磨罐中球磨，得到介质浆料，将介质浆料通过喷雾干燥机进行烘干造粒，得到介质粉料，将介质粉料经滚动成球机滚制成型，得到介质球坯，之后将球坯烧结，冷却后得到介质粗料，将介质粗料自磨抛光，筛选尺寸，得到一种研磨机用复合研磨介质，解决了现有的陶瓷研磨体所用原料粉分散性差、易于团聚，导致最终烧结得到的陶瓷研磨体内部密度不够均匀，导致陶瓷研磨体的硬度不佳和磨损较大，导致研磨成本高的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种研磨机用复合研磨介质，包括以下重量份组分：
8.改性碳化硅80-100份、碳化硼1-3份、酚醛树脂8-10份以及球磨促进剂1-15份；
9.所述改性碳化硅由以下步骤制备得到：
10.s1：将碳化硅粉体、混合溶剂以及正硅酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，之后加入氨水调节混合溶剂ph为9-10，之后在温度为20-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应3-4h，反应结束后将反应产物用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为70-80℃的条件下烘干至恒重，得到预处理碳化硅；
11.反应原理如下：
12.利用正硅酸乙酯水解形成硅醇，之后硅醇与碳化硅表面的羟基缩合，以及硅醇自身缩合，从而避免了碳化硅粉体之间团聚；
13.s2：将预处理碳化硅加入至混合溶剂中进行超声波分散30-50min，之后将其加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，之后加入聚乙二醇，在温度为50-60℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应5-8h，反应结束后将反应产物用无水乙醇洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为70-80℃的条件下烘干至恒重，得到改性碳化硅。
14.反应原理如下：
15.聚乙二醇是一种非离子型表面活性剂，通过空间位阻机制吸附于预处理碳化硅的颗粒表面，从而提高了预处理碳化硅的分散性。
16.作为本发明进一步的方案：步骤s1中的所述混合溶剂为无水乙醇和蒸馏水按照体积比1：5的混合物，所述碳化硅粉体、混合溶剂以及正硅酸乙酯的用量比为10g：75-100ml：0.15-0.35g，所述氨水的质量分数为15-20％。
17.作为本发明进一步的方案：步骤s2中的所述聚乙二醇为peg400、peg1000、peg2000以及peg4000中的一种，所述预处理碳化硅、混合溶剂以及聚乙二醇的用量比为10g：75-100ml：0.2-0.5g。
18.作为本发明进一步的方案：所述球磨促进剂的制备方法，包括如下步骤：
19.s11：将4-硝基苯乙酮、无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及回流冷凝管的三口烧瓶中，之后在温度为20-25℃，搅拌速率为200-300r/min的条件下边搅拌边逐滴加入氯化亚砜，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至80-85℃的条件下回流反应10-12h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入饱和氯化铵溶液继续搅拌10-20min，之后真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为50-60℃的条件下烘干至恒重，得到中间体a；
20.反应原理如下：
21.利用氯化亚砜-乙醇体系催化4-硝基苯乙酮形成c3型对称结构，即在一个苯环的1,3,5号位上分别接有一个硝基苯，得到中间体a；
22.s12：将中间体a、10％钯碳以及无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及回流冷凝管的三口烧瓶中，之后在温度为80-85℃，搅拌速率为200-300r/min的条件下边搅拌边逐滴加入水合肼，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后继续回流反应10-12h，反应结束后将反应产物趁热过滤，将滤液静置、冷却，析出沉淀，真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为50-60℃的条件下烘干至恒重，得到中间体b；
23.反应原理如下：
24.以10％钯碳作为催化剂，利用水合肼与中间体a反应，还原剂水合肼将中间体a上的硝基还原形成氨基，得到中间体b；
25.s13：将中间体b加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，之后在温度为-5-0℃，搅拌速率为200-300r/min的条件下边搅拌边逐滴加入丙烯酸甲酯溶液，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至20-25℃的条件下继续搅拌反应4-5h，之后升温至100-110℃的条件下继续搅拌反应4-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，得到中间体c；
26.反应原理如下：
27.利用中间体b与丙烯酸甲酯反应，中间体b上的氨基与丙烯酸甲酯上的烯基发生加成反应，得到一种含有大量酯基的中间体c；
28.s14：将中间体c、三乙醇胺、对甲苯磺酸加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为200-300r/min的条件下搅拌20-30min，之后升温至83-87℃的条件下继续搅拌反应20-30h，反应结束后将反应产物用无水乙醚洗涤2-3次，之后减压蒸馏去除乙醚，得到球磨促进剂。
29.反应原理如下：
30.以对甲苯磺酸为催化剂，使得中间体c与三乙醇胺发生酯交换反应，其中三乙醇胺上的羟基与中间体3的丙烯酸甲酯发生酯交换反应，形成新的酯基，并引入大量的羟基，得到球磨促进剂。
31.作为本发明进一步的方案：步骤s11中的所述4-硝基苯乙酮、无水乙醇、氯化亚砜以及饱和氯化铵溶液的用量比为0.1mol：30-50ml：13.5-14.5ml：120-150ml。
32.作为本发明进一步的方案：步骤s12中的所述中间体a、10％钯碳、无水乙醇以及水合肼的用量比为10g：0.6-1.2g：100ml：20ml，所述水合肼的质量分数为80％。
33.作为本发明进一步的方案：步骤s13中的所述丙烯酸甲酯溶液为丙烯酸甲酯溶解于无水甲醇所形成的溶液，所述中间体b、丙烯酸甲酯以及无水甲醇的用量比为0.1mol：0.15mol：120-150ml。
34.作为本发明进一步的方案：步骤s14中的所述中间体c、三乙醇胺的用量比为0.1mol：0.1mol，所述对甲苯磺酸的加入量为中间体c、三乙醇胺总质量的0.5-0.8％。
35.作为本发明进一步的方案：一种研磨机用复合研磨介质的制备方法，包括以下步骤：
36.步骤一：按照重量份称取改性碳化硅80-100份、碳化硼1-3份、酚醛树脂8-10份以及球磨促进剂1-15份，备用；
37.步骤二：将改性碳化硅、碳化硼、酚醛树脂以及球磨促进剂加入至球磨罐中，之后加入去离子水，在球磨速率为80-150r/min的条件下球磨10-12h，得到固含量为45-50％的介质浆料；
38.步骤三：将介质浆料通过喷雾干燥机进行烘干造粒，控制喷雾干燥机进风口温度为260-270℃，出风口温度为115-125℃，将手机的造粒粉料密封在塑料袋中陈腐25-30h，得到介质粉料；
39.步骤四：将介质粉料经滚动成球机滚制成型，得到介质球坯，之后将球坯放置于入高温窑内，首先以5℃/min的升温速率从室温升温至600℃，之后恒温保温30min，之后以10-12℃/min的升温速率升温至1600℃，其中升温至1400℃时通入氩气，氩气压力保持在0.04-0.05mpa，之后恒温保温30min，最后以15-30℃/min的升温速率温至烧结温度2000-2010℃，之后恒温保温45min，关炉冷却，自然冷却，得到介质粗料；
40.步骤五：将介质粗料自磨抛光，按照生产粒径要求，筛选规定的尺寸，得到该研磨机用复合研磨介质。
41.本发明的有益效果如下：
42.本发明的一种研磨机用复合研磨介质及其制备方法，通过将改性碳化硅、碳化硼、酚醛树脂以及球磨促进剂加入至球磨罐中球磨，得到介质浆料，将介质浆料通过喷雾干燥
机进行烘干造粒，得到介质粉料，将介质粉料经滚动成球机滚制成型，得到介质球坯，之后将球坯烧结，冷却后得到介质粗料，将介质粗料自磨抛光，筛选尺寸，得到该研磨机用复合研磨介质；该研磨机用复合研磨介质以改性碳化硅为主要原料，碳化硅晶体结构对称性较大，呈现出各向异性，这就使得其原子滑移面减少，不易引起变形，即使在高温下，也有很高强度，因此碳化硅的硬度大、机械强度高，还具有高的热导率、优异的高温力学性能、抗氧化性能和耐酸、耐碱的抗腐蚀性能，其耐磨性十分优良，还具有非常小的热膨胀系数，因此，制备得到研磨机用复合研磨介质的力学性能好、耐磨性强，从而提高了研磨介质的使用寿命，进而能够保证研磨效果的同时降低了研磨成本，经过改性的碳化硅具有更佳的性能，对研磨机用复合研磨介质的性能起着正向促进作用，而且球磨促进剂的使用能够改性碳化硅的分散性，避免了改性碳化硅出现团聚，进而导致研磨介质内部联结不够紧密的现象发生，进一步提升了研磨介质的力学性能和耐磨性能；
43.在制备研磨机用复合研磨介质的过程中也制备了一种改性碳化硅，通过利用正硅酸乙酯水解形成硅醇，之后硅醇与碳化硅表面的羟基缩合，以及硅醇自身缩合，从而避免了碳化硅粉体之间团聚，聚乙二醇是一种非离子型表面活性剂，通过空间位阻机制吸附于预处理碳化硅的颗粒表面，从而提高了预处理碳化硅的分散性；在制备研磨机用复合研磨介质的过程中还制备了球磨促进剂，利用氯化亚砜-乙醇体系催化4-硝基苯乙酮形成c3型对称结构，得到中间体a，以10％钯碳作为催化剂，利用水合肼与中间体a反应，得到中间体b，利用中间体b与丙烯酸甲酯反应，得到一种含有大量酯基的中间体c，以对甲苯磺酸为催化剂，使得中间体c与三乙醇胺发生酯交换反应，得到球磨促进剂，改性碳化硅在研磨的过程中，球磨促进剂上含有大量的羟基能够吸附在改性碳化硅颗粒的表面，提高改性碳化硅的分散性，而且随着改性碳化硅在球磨时会形成的很多的微细裂纹，球磨促进剂能够在改性碳化硅表面润湿吸附，降低改性碳化硅表面能，促进微细裂纹进一步延伸，阻止新裂纹的重新愈合，阻止细颗粒的吸附聚集，从而进一步的降低改性碳化硅出现团聚的几率，从而改善复合研磨介质的力学性能和耐磨性能。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
45.实施例1：
46.本实施例为一种改性碳化硅的制备方法，包括以下步骤：
47.s1：将10g碳化硅粉体、75ml无水乙醇和蒸馏水按照体积比1：5混合而成的混合溶剂以及0.15g正硅酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，之后加入质量分数为15％的氨水调节混合溶剂ph为9，之后在温度为20℃，搅拌速率为300r/min的条件下搅拌反应3h，反应结束后将反应产物用蒸馏水洗涤2次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为70℃的条件下烘干至恒重，得到预处理碳化硅；
48.s2：将10g预处理碳化硅加入至75ml混合溶剂中进行超声波分散30min，之后将其加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，之后加入0.2g聚乙二醇peg1000，在温度为50
℃，搅拌速率为300r/min的条件下搅拌反应5h，反应结束后将反应产物用无水乙醇洗涤2次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为70℃的条件下烘干至恒重，得到改性碳化硅。
49.实施例2：
50.本实施例为一种改性碳化硅的制备方法，包括以下步骤：
51.s1：将10g碳化硅粉体、100ml无水乙醇和蒸馏水按照体积比1：5混合而成的混合溶剂以及0.35g正硅酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，之后加入质量分数为20％的氨水调节混合溶剂ph为10，之后在温度为30℃，搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应4h，反应结束后将反应产物用蒸馏水洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为80℃的条件下烘干至恒重，得到预处理碳化硅；
52.s2：将10g预处理碳化硅加入至100ml混合溶剂中进行超声波分散50min，之后将其加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，之后加入0.5g聚乙二醇peg2000，在温度为60℃，搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应8h，反应结束后将反应产物用无水乙醇洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为80℃的条件下烘干至恒重，得到改性碳化硅。
53.实施例3：
54.本实施例为一种球磨促进剂的制备方法，包括如下步骤：
55.s11：将0.1mol4-硝基苯乙酮、30ml无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及回流冷凝管的三口烧瓶中，之后在温度为20℃，搅拌速率为200r/min的条件下边搅拌边逐滴加入13.5ml氯化亚砜，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后升温至80℃的条件下回流反应10h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入120ml饱和氯化铵溶液继续搅拌10min，之后真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为50℃的条件下烘干至恒重，得到中间体a；
56.s12：将10g中间体a、0.6g10％钯碳以及100ml无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及回流冷凝管的三口烧瓶中，之后在温度为80℃，搅拌速率为200r/min的条件下边搅拌边逐滴加入20ml质量分数为80％的水合肼，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续回流反应10h，反应结束后将反应产物趁热过滤，将滤液静置、冷却，析出沉淀，真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为50℃的条件下烘干至恒重，得到中间体b；
57.s13：将0.1mol中间体b加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，之后在温度为-5℃，搅拌速率为200r/min的条件下边搅拌边逐滴加入含有0.15mol丙烯酸甲酯的丙烯酸甲酯-甲醇溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后升温至20℃的条件下继续搅拌反应4h，之后升温至100℃的条件下继续搅拌反应4h，反应结束后将反应产物冷却至室温，得到中间体c；
58.s14：将0.1mol中间体c、0.1mol三乙醇胺、对甲苯磺酸加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，控制对甲苯磺酸的加入量为中间体c、三乙醇胺总质量的0.5％，通入氮气保护，在温度为25℃，搅拌速率为200r/min的条件下搅拌20min，之后升温至83℃的条件下继续搅拌反应20h，反应结束后将反应产物用无水乙醚洗涤2次，之后减压蒸馏去除乙醚，得到球磨促进剂。
59.实施例4：
60.本实施例为一种球磨促进剂的制备方法，包括如下步骤：
61.s11：将0.1mol4-硝基苯乙酮、50ml无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴
液漏斗以及回流冷凝管的三口烧瓶中，之后在温度为25℃，搅拌速率为300r/min的条件下边搅拌边逐滴加入14.5ml氯化亚砜，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后升温至85℃的条件下回流反应12h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入150ml饱和氯化铵溶液继续搅拌20min，之后真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为60℃的条件下烘干至恒重，得到中间体a；
62.s12：将10g中间体a、1.2g10％钯碳以及100ml无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及回流冷凝管的三口烧瓶中，之后在温度为85℃，搅拌速率为300r/min的条件下边搅拌边逐滴加入20ml质量分数为80％的水合肼，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后继续回流反应12h，反应结束后将反应产物趁热过滤，将滤液静置、冷却，析出沉淀，真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为60℃的条件下烘干至恒重，得到中间体b；
63.s13：将0.1mol中间体b加入至安装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，之后在温度为0℃，搅拌速率为300r/min的条件下边搅拌边逐滴加入含有0.15mol丙烯酸甲酯的丙烯酸甲酯-甲醇溶液，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后升温至25℃的条件下继续搅拌反应5h，之后升温至110℃的条件下继续搅拌反应5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，得到中间体c；
64.s14：将0.1mol中间体c、0.1mol三乙醇胺、对甲苯磺酸加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，控制对甲苯磺酸的加入量为中间体c、三乙醇胺总质量的0.8％，通入氮气保护，在温度为30℃，搅拌速率为300r/min的条件下搅拌30min，之后升温至87℃的条件下继续搅拌反应30h，反应结束后将反应产物用无水乙醚洗涤3次，之后减压蒸馏去除乙醚，得到球磨促进剂。
65.实施例5：
66.本实施例为一种研磨机用复合研磨介质的制备方法，包括以下步骤：
67.步骤一：按照重量份称取来自于实施例1中的改性碳化硅80份、碳化硼1份、酚醛树脂8份以及来自于实施例3中的球磨促进剂1份，备用；
68.步骤二：将改性碳化硅、碳化硼、酚醛树脂以及球磨促进剂加入至球磨罐中，之后加入去离子水，在球磨速率为80r/min的条件下球磨10h，得到固含量为45％的介质浆料；
69.步骤三：将介质浆料通过喷雾干燥机进行烘干造粒，控制喷雾干燥机进风口温度为260℃，出风口温度为115℃，将手机的造粒粉料密封在塑料袋中陈腐25h，得到介质粉料；
70.步骤四：将介质粉料经滚动成球机滚制成型，得到介质球坯，之后将球坯放置于入高温窑内，首先以5℃/min的升温速率从室温升温至600℃，之后恒温保温30min，之后以10℃/min的升温速率升温至1600℃，其中升温至1400℃时通入氩气，氩气压力保持在0.04mpa，之后恒温保温30min，最后以15℃/min的升温速率温至烧结温度2000℃，之后恒温保温45min，关炉冷却，自然冷却，得到介质粗料；
71.步骤五：将介质粗料自磨抛光，按照生产粒径要求，筛选规定的尺寸，得到该研磨机用复合研磨介质。
72.实施例6：
73.本实施例为一种研磨机用复合研磨介质的制备方法，包括以下步骤：
74.步骤一：按照重量份称取来自于实施例2中的改性碳化硅100份、碳化硼3份、酚醛树脂10份以及来自于实施例4中的球磨促进剂15份，备用；
75.步骤二：将改性碳化硅、碳化硼、酚醛树脂以及球磨促进剂加入至球磨罐中，之后加入去离子水，在球磨速率为150r/min的条件下球磨12h，得到固含量为50％的介质浆料；
76.步骤三：将介质浆料通过喷雾干燥机进行烘干造粒，控制喷雾干燥机进风口温度为270℃，出风口温度为125℃，将手机的造粒粉料密封在塑料袋中陈腐30h，得到介质粉料；
77.步骤四：将介质粉料经滚动成球机滚制成型，得到介质球坯，之后将球坯放置于入高温窑内，首先以5℃/min的升温速率从室温升温至600℃，之后恒温保温30min，之后以12℃/min的升温速率升温至1600℃，其中升温至1400℃时通入氩气，氩气压力保持在0.05mpa，之后恒温保温30min，最后以30℃/min的升温速率温至烧结温度2010℃，之后恒温保温45min，关炉冷却，自然冷却，得到介质粗料；
78.步骤五：将介质粗料自磨抛光，按照生产粒径要求，筛选规定的尺寸，得到该研磨机用复合研磨介质。
79.对比例1：
80.对比例1与实施例6的不同之处在于，不添加球磨促进剂。
81.对比例2：
82.对比例2与实施例6的不同之处在于，使用碳化硅粉末代替改性碳化硅。
83.对比例3：
84.对比例3与实施例6的不同之处在于，不添加球磨促进剂且使用碳化硅粉末代替改性碳化硅。
85.将实施例5-6以及对比例1-3的研磨机用复合研磨介质的性能进行检测，检测结果如下表所示：
[0086][0087]
参阅上表数据，根据实施例与对比例3比较，可以得知添加球磨促进剂并使用改性碳化硅能够明显提升研磨机用复合研磨介质的力学性能，从而提升其抗压性能以及降低损耗，通过对比例1-2与对比例3比较，可以得知分别添加球磨促进剂和改性碳化硅均能提升
研磨机用复合研磨介质的力学性能，且两者能够起到协同促进作用，且球磨促进剂的添加能够起到更为明显的提升效果。
[0088]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0089]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。