球磨機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、礦產(chǎn),、電力,、建材、化工等領(lǐng)域,，是使用最為普通的粉碎設(shè)備,。普通球磨機(jī)的研磨介質(zhì)主要是金屬球，但在陶瓷生產(chǎn)和原料精加工中,，使用的主要是陶瓷研磨介質(zhì),。目前我國(guó)市場(chǎng)銷(xiāo)售的陶瓷研磨介質(zhì)主要包括氧化鋁、氧化鋯,、碳化硅,、氮化硅等系列品種。陶瓷研磨球（瓷球）具有耐磨,、耐腐蝕,、耐高溫的特點(diǎn)，是一種重要的工程陶瓷,。例如,，氧化鋁瓷球由于具有合適的硬度、適中的密度、耐磨,、耐腐蝕,、價(jià)格低，因此被廣泛應(yīng)用于白色水泥,、礦物,、陶瓷、電子材料,、磁性材料以及涂料,、油漆、化妝品,、食品,、制藥等行業(yè)原材料的研磨和加工，是一種優(yōu)質(zhì)的研磨介質(zhì)[1~3],。在建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)中,，氧化鋁瓷球的磨損效率比天然燧石和鵝卵石高20%~40%。隨著天然球石資源的減少,，氧化鋁瓷球?qū)⒈辉絹?lái)越多的陶瓷廠(chǎng)家使用,。
瓷球同金屬球一樣，由于工作特性比較復(fù)雜,，所以其磨損過(guò)程比較復(fù)雜,，是一綜合磨損，不同的是金屬球塑性好,，而瓷球脆性大,，其磨損機(jī)理是不同的,。瓷球的磨損機(jī)理直接與瓷球的力學(xué)性能,、顯能結(jié)構(gòu)和在球磨機(jī)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)。因此,，對(duì)瓷球磨損進(jìn)行分析,，弄清它的磨損過(guò)程與其自身的特性及工況條件的聯(lián)系，為指導(dǎo)制定使用工藝參數(shù),、合理選材和科學(xué)地研制耐磨性更好,、性?xún)r(jià)比更高的瓷球提供依據(jù)。
1 瓷球的磨損分析
1.1瓷坯的工作特性
瓷球的工作特性是比較復(fù)雜的,，從瓷球在球磨機(jī)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析,，瓷球與瓷球、襯板與磨料之間相互作用的方式有3種,。①撞擊：瓷球由高處拋落,，砸在磨料以及其他球和襯板上發(fā)生撞擊；②滑動(dòng)：由于球磨機(jī)的速度大于瓷球、磨料的速度,，瓷球與磨料,、球與球以及球與襯板之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；③滾動(dòng)：由于球磨機(jī)的旋轉(zhuǎn),，瓷球總是不停地滾動(dòng),。
1.2球的磨損形貌
相互接觸物體的表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其物質(zhì)發(fā)生不斷損失的現(xiàn)象稱(chēng)為磨損,。磨損是瓷球消耗的主要形式,。
瓷球的磨損形貌分析包括宏觀形貌分析和微觀形貌分析。宏觀形貌分析的內(nèi)容有：瓷球磨損的均勻性,，是否有破碎的情形,。失圓表明瓷球的密度不均勻，破碎表明瓷球內(nèi)部存在嚴(yán)重的缺陷或脆性大,、抗沖擊能力差,。瓷球正常的磨損是由大球磨成水球，球一直保持圓形,。利用掃描鏡對(duì)瓷球磨損面進(jìn)行微觀形貌分析,，如對(duì)犁溝、切削溝槽,、晶粒脫落,、疲勞剝落、凹坑,、裂紋等的分析,。瓷球磨損微觀形貌的分析對(duì)瓷球磨損機(jī)理的研究是很有意義的。
1.3瓷球的磨損機(jī)理
瓷球的磨損既不同于摩擦,、滑動(dòng)磨損,，又不同于磨料、沖蝕,、疲勞磨損,，其是一種綜合的磨損。瓷球主要以磨料磨損為主其次為沖蝕,、疲勞磨損,。瓷球的磨損有兩種過(guò)程，一種是由塑性變形引起的磨損過(guò)程,，另一種是斷裂引起的磨損過(guò)程,。
1）由塑性變形機(jī)制引起的磨損過(guò)程。當(dāng)磨料與韌性較好的瓷球表面接觸時(shí),，主要發(fā)生兩種直接磨損過(guò)程,。①犁溝：瓷球表面受磨料的擠壓、滑動(dòng)而形成的痕跡，磨痕細(xì)而深,；②微觀切削：瓷球在磨料的作用下發(fā)生如刨削一樣的切削過(guò)程,，磨痕寬而平，如圖1所示,。
2）由斷裂機(jī)制引起的磨損過(guò)程,。這種磨損過(guò)程對(duì)脆性大的瓷球和晶粒尺寸較大的瓷球，或在尺寸較大的孔洞處是普通存在的,。沿晶脫落和穿晶脫落就是由斷裂機(jī)制引起的磨損過(guò)程,，瓷球的磨損面有凹抗，孔洞口緣為喇叭狀,，如圖2所示,。
在球磨機(jī)中瓷球運(yùn)動(dòng)上升階段的相對(duì)滑動(dòng)、滾動(dòng)過(guò)程中,，產(chǎn)生塑性犁溝和微觀切削,，在瓷球拋落沖擊過(guò)程中，出現(xiàn)脆性晶粒脫落,。因此可以根據(jù)瓷球的磨損機(jī)理,，推斷瓷球在球磨機(jī)中的運(yùn)動(dòng)狀況，為調(diào)整球磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)提供參考,。
在磨損過(guò)程中,，無(wú)論瓷球的韌性好還是脆性大，都可能同時(shí)發(fā)生塑性變形和脆性斷裂兩種機(jī)制,，只是由于磨損的工況條件及瓷球的材料特性不同,，某一機(jī)制所占的主導(dǎo)地位而不同，并且常常隨條件的變化發(fā)生一種機(jī)制向另一機(jī)制的轉(zhuǎn)變,。
1.4瓷球的耐磨性
耐磨性是衡量瓷球質(zhì)量好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo),。瓷球的耐磨性與自身材料的力學(xué)性能、顯微結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用有著密切的關(guān)系,，即與其內(nèi)部因素有關(guān),。近年來(lái)，人們對(duì)此進(jìn)行了大量研究,。
瓷球的力學(xué)性能對(duì)耐磨性的影響主要包括彈性模量E、硬度H,、斷裂韌性K1c,。斷裂韌性對(duì)其耐磨性的影響特別，因?yàn)榇汕虼嘈源�,、韌性差,，這是其最大弱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，高的斷裂韌性能使材料抵抗由外力引起的斷裂,，高硬度有利于抗磨損,，低的彈性模量對(duì)由于磨料引起的顯微應(yīng)變而有助于產(chǎn)生較低的應(yīng)力。例如氧化鋯瓷的韌性好,，所以它的耐磨性就好
瓷球的顯微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能有密切的關(guān)系,，從而它對(duì)瓷球的耐磨性也有重要的影響。瓷球顯微結(jié)構(gòu)的內(nèi)容包括晶粒的尺寸,、形貌和取向,，孔洞尺寸、形狀和分布,，第二相的物理性質(zhì),，裂紋的尺寸、形狀,，以及晶界的組分,、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等。瓷球顯微結(jié)構(gòu)因素對(duì)其耐磨性的影響不是孤立的,，而是共同影響,、協(xié)同作用。顯微結(jié)構(gòu)對(duì)于瓷球的耐磨性影響的基本規(guī)律一般可分為兩類(lèi)：①顯微結(jié)構(gòu)的尺寸小于磨料壓入深度,。在這種情況下,，顯微結(jié)構(gòu)主要對(duì)其宏觀性能（包括裂紋的產(chǎn)生）有明顯影響。②顯微結(jié)構(gòu)的尺寸等于或大于磨料壓入深度,。在這種情況下,，顯微結(jié)構(gòu)中的單獨(dú)相及組元的重要性才顯得格外突出。晶粒越小,，瓷球的耐磨性越小,，瓷球內(nèi)部缺陷會(huì)使磨損過(guò)程更易產(chǎn)生晶粒剝落、開(kāi)裂,，從而大大降低了耐磨性,。隨著瓷球主晶相百分含量增加，瓷球的耐磨性一般會(huì)相應(yīng)提高,。
1.5瓷球的磨損率
磨損率的大小與瓷球的特性和工況條件密切相關(guān),，瓷球的磨損機(jī)理分為脆性斷裂磨損和塑性形變的磨損，前者的磨損特點(diǎn)為沿晶斷裂的晶粒脫落,，后者的磨損特點(diǎn)為穿晶斷裂的微觀切削,，所以前者的的磨損率比后者大得多。人們希望瓷球的磨損為塑性形變磨損,，瓷球的內(nèi)部因素對(duì)陶瓷塑性形變磨損機(jī)理具有重要的影響,。表面粗糙的瓷球磨損率大,，因此，在使用瓷球之前,，須進(jìn)行拋光處理,。瓷球的晶粒越小，瓷球的磨損率越小,，所以,，耐磨瓷球正朝微晶化方向發(fā)展。但納米瓷球造價(jià)很高,，難以在工程應(yīng)用領(lǐng)域推廣使用,。例如，氧化鋁瓷球的研究重點(diǎn)是在幾個(gè)微米的晶粒尺寸范圍內(nèi)有所突破和發(fā)展,�,？刂瓶紫堵剩岣呙芏�,，提高瓷球的韌性,，有利于減小瓷球的磨損率。磨料硬度的增加和球磨機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,，瓷球的磨損率相應(yīng)提高,。隨著瓷球主晶相百分含量的增加，瓷球的磨損率相應(yīng)減小,。
從球磨機(jī)中取出研磨了一定時(shí)間的瓷球,，洗凈、烘干測(cè)定磨損量,，然后計(jì)算出磨損量與原質(zhì)量,、磨損時(shí)間的比值，即得磨損率,，磨損率的倒數(shù)表示耐磨性,。
瓷球同金屬球一樣，由于工作特性比較復(fù)雜,，所以其磨損過(guò)程比較復(fù)雜,，是一綜合磨損，不同的是金屬球塑性好,，而瓷球脆性大,，其磨損機(jī)理是不同的,。瓷球的磨損機(jī)理直接與瓷球的力學(xué)性能,、顯能結(jié)構(gòu)和在球磨機(jī)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)。因此,，對(duì)瓷球磨損進(jìn)行分析,，弄清它的磨損過(guò)程與其自身的特性及工況條件的聯(lián)系，為指導(dǎo)制定使用工藝參數(shù),、合理選材和科學(xué)地研制耐磨性更好,、性?xún)r(jià)比更高的瓷球提供依據(jù)。
1 瓷球的磨損分析
1.1瓷坯的工作特性
瓷球的工作特性是比較復(fù)雜的,，從瓷球在球磨機(jī)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析,，瓷球與瓷球、襯板與磨料之間相互作用的方式有3種,。①撞擊：瓷球由高處拋落,，砸在磨料以及其他球和襯板上發(fā)生撞擊；②滑動(dòng)：由于球磨機(jī)的速度大于瓷球、磨料的速度,，瓷球與磨料,、球與球以及球與襯板之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；③滾動(dòng)：由于球磨機(jī)的旋轉(zhuǎn),，瓷球總是不停地滾動(dòng),。
1.2球的磨損形貌
相互接觸物體的表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其物質(zhì)發(fā)生不斷損失的現(xiàn)象稱(chēng)為磨損,。磨損是瓷球消耗的主要形式,。
瓷球的磨損形貌分析包括宏觀形貌分析和微觀形貌分析。宏觀形貌分析的內(nèi)容有：瓷球磨損的均勻性,，是否有破碎的情形,。失圓表明瓷球的密度不均勻，破碎表明瓷球內(nèi)部存在嚴(yán)重的缺陷或脆性大,、抗沖擊能力差,。瓷球正常的磨損是由大球磨成水球，球一直保持圓形,。利用掃描鏡對(duì)瓷球磨損面進(jìn)行微觀形貌分析,，如對(duì)犁溝、切削溝槽,、晶粒脫落,、疲勞剝落、凹坑,、裂紋等的分析,。瓷球磨損微觀形貌的分析對(duì)瓷球磨損機(jī)理的研究是很有意義的。
1.3瓷球的磨損機(jī)理
瓷球的磨損既不同于摩擦,、滑動(dòng)磨損,，又不同于磨料、沖蝕,、疲勞磨損,，其是一種綜合的磨損。瓷球主要以磨料磨損為主其次為沖蝕,、疲勞磨損,。瓷球的磨損有兩種過(guò)程，一種是由塑性變形引起的磨損過(guò)程,，另一種是斷裂引起的磨損過(guò)程,。
1）由塑性變形機(jī)制引起的磨損過(guò)程。當(dāng)磨料與韌性較好的瓷球表面接觸時(shí),，主要發(fā)生兩種直接磨損過(guò)程,。①犁溝：瓷球表面受磨料的擠壓、滑動(dòng)而形成的痕跡，磨痕細(xì)而深,；②微觀切削：瓷球在磨料的作用下發(fā)生如刨削一樣的切削過(guò)程,，磨痕寬而平，如圖1所示,。
2）由斷裂機(jī)制引起的磨損過(guò)程,。這種磨損過(guò)程對(duì)脆性大的瓷球和晶粒尺寸較大的瓷球，或在尺寸較大的孔洞處是普通存在的,。沿晶脫落和穿晶脫落就是由斷裂機(jī)制引起的磨損過(guò)程,，瓷球的磨損面有凹抗，孔洞口緣為喇叭狀,，如圖2所示,。
在球磨機(jī)中瓷球運(yùn)動(dòng)上升階段的相對(duì)滑動(dòng)、滾動(dòng)過(guò)程中,，產(chǎn)生塑性犁溝和微觀切削,，在瓷球拋落沖擊過(guò)程中，出現(xiàn)脆性晶粒脫落,。因此可以根據(jù)瓷球的磨損機(jī)理,，推斷瓷球在球磨機(jī)中的運(yùn)動(dòng)狀況，為調(diào)整球磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)提供參考,。
在磨損過(guò)程中,，無(wú)論瓷球的韌性好還是脆性大，都可能同時(shí)發(fā)生塑性變形和脆性斷裂兩種機(jī)制,，只是由于磨損的工況條件及瓷球的材料特性不同,，某一機(jī)制所占的主導(dǎo)地位而不同，并且常常隨條件的變化發(fā)生一種機(jī)制向另一機(jī)制的轉(zhuǎn)變,。
1.4瓷球的耐磨性
耐磨性是衡量瓷球質(zhì)量好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo),。瓷球的耐磨性與自身材料的力學(xué)性能、顯微結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用有著密切的關(guān)系,，即與其內(nèi)部因素有關(guān),。近年來(lái)，人們對(duì)此進(jìn)行了大量研究,。
瓷球的力學(xué)性能對(duì)耐磨性的影響主要包括彈性模量E、硬度H,、斷裂韌性K1c,。斷裂韌性對(duì)其耐磨性的影響特別，因?yàn)榇汕虼嘈源�,、韌性差,，這是其最大弱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，高的斷裂韌性能使材料抵抗由外力引起的斷裂,，高硬度有利于抗磨損,，低的彈性模量對(duì)由于磨料引起的顯微應(yīng)變而有助于產(chǎn)生較低的應(yīng)力。例如氧化鋯瓷的韌性好,，所以它的耐磨性就好
瓷球的顯微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能有密切的關(guān)系,，從而它對(duì)瓷球的耐磨性也有重要的影響。瓷球顯微結(jié)構(gòu)的內(nèi)容包括晶粒的尺寸,、形貌和取向,，孔洞尺寸、形狀和分布,，第二相的物理性質(zhì),，裂紋的尺寸、形狀,，以及晶界的組分,、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等。瓷球顯微結(jié)構(gòu)因素對(duì)其耐磨性的影響不是孤立的,，而是共同影響,、協(xié)同作用。顯微結(jié)構(gòu)對(duì)于瓷球的耐磨性影響的基本規(guī)律一般可分為兩類(lèi)：①顯微結(jié)構(gòu)的尺寸小于磨料壓入深度,。在這種情況下,，顯微結(jié)構(gòu)主要對(duì)其宏觀性能（包括裂紋的產(chǎn)生）有明顯影響。②顯微結(jié)構(gòu)的尺寸等于或大于磨料壓入深度,。在這種情況下,，顯微結(jié)構(gòu)中的單獨(dú)相及組元的重要性才顯得格外突出。晶粒越小,，瓷球的耐磨性越小,，瓷球內(nèi)部缺陷會(huì)使磨損過(guò)程更易產(chǎn)生晶粒剝落、開(kāi)裂,，從而大大降低了耐磨性,。隨著瓷球主晶相百分含量增加，瓷球的耐磨性一般會(huì)相應(yīng)提高,。
1.5瓷球的磨損率
磨損率的大小與瓷球的特性和工況條件密切相關(guān),，瓷球的磨損機(jī)理分為脆性斷裂磨損和塑性形變的磨損，前者的磨損特點(diǎn)為沿晶斷裂的晶粒脫落,，后者的磨損特點(diǎn)為穿晶斷裂的微觀切削,，所以前者的的磨損率比后者大得多。人們希望瓷球的磨損為塑性形變磨損,，瓷球的內(nèi)部因素對(duì)陶瓷塑性形變磨損機(jī)理具有重要的影響,。表面粗糙的瓷球磨損率大,，因此，在使用瓷球之前,，須進(jìn)行拋光處理,。瓷球的晶粒越小，瓷球的磨損率越小,，所以,，耐磨瓷球正朝微晶化方向發(fā)展。但納米瓷球造價(jià)很高,，難以在工程應(yīng)用領(lǐng)域推廣使用,。例如，氧化鋁瓷球的研究重點(diǎn)是在幾個(gè)微米的晶粒尺寸范圍內(nèi)有所突破和發(fā)展,�,？刂瓶紫堵剩岣呙芏�,，提高瓷球的韌性,，有利于減小瓷球的磨損率。磨料硬度的增加和球磨機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,，瓷球的磨損率相應(yīng)提高,。隨著瓷球主晶相百分含量的增加，瓷球的磨損率相應(yīng)減小,。
從球磨機(jī)中取出研磨了一定時(shí)間的瓷球,，洗凈、烘干測(cè)定磨損量,，然后計(jì)算出磨損量與原質(zhì)量,、磨損時(shí)間的比值，即得磨損率,，磨損率的倒數(shù)表示耐磨性,。
