Zirkoniová kulička se osvědčí v frézce, ne v technickém listu

Lidé porovnávají zirkonové kuličky s kuličkami z oxidu hlinitého podle tvrdosti a docházejí k nesprávnému závěru. Oxid hlinitý je často o něco tvrdší. To však není důvod, proč se ve vysokovýkonných mlýnech nakonec používá zirkon, stabilizovaný oxidem yttriovým nebo oxidem ceričitým. Důležitými parametry jsou hustota, houževnatost a to, kolik z kuličky zůstane neporušenou i po měsíci provozu při dané rychlosti.

Kvalitní kulička z materiálu Y-TZP se skládá přibližně z 95% ZrO₂ a asi 5% Y₂O₃; jedná se o slinutý, hustý, jemnozrnný materiál s tetragonální krystalovou mřížkou. Hustota se pohybuje kolem 6,0 g/cm³. U médií stabilizovaných oxidem ceričitým může být hustota o něco vyšší, kolem 6,2. U 92 % oxidu hlinitého se pohybuje kolem 3,6–3,7. Sklo má hustotu kolem 2,5. Kinetická energie při srážce je úměrná hmotnosti. Při stejném průměru kuliček a stejné rychlosti přenáší náraz kuličky ze zirkonu do suspenze více energie. Takto lze dosáhnout jemnějšího mletí nebo mletí se stejným výtěžkem při vyšším obsahu pevných látek, aniž by bylo nutné pouze zvyšovat otáčky mlýna, dokud se nevyhoří jeho výstelka.

Lomová houževnatost představuje druhou polovinu. Oxid hlinitý je tvrdý a křehký. Lomová houževnatost materiálů Y-TZP nebo Ce-TZP se obvykle pohybuje v rozmezí 8–12 MPa·m½, což je dvakrát až třikrát více než u kuličky z oxidu hlinitého. Mechanismem je zpevnění transformací: když se trhlina snaží šířit, tetragonální zrno přechází do monoklinické struktury a změna objemu působí proti šíření trhliny. V mlýnu to znamená méně rozdrcených kuliček na výstupním sítu a méně ostrých úlomků, které opotřebovávají rotor. Levný zirkon s hrubými zrny nebo špatnou stabilizací tuto výhodu nemá. Odlupuje se jako tvrdá skála a vy pak platíte dvakrát – za ztrátu média i za opotřebení mlýna.

Právě při opotřebení se projeví skutečná hodnota pořizovací ceny. Zirkoničitan stojí na kilogram několikrát více než oxid hlinitý. V barvách, tiscích, elektronické keramice, materiálech pro baterie a vysoce čistém křemenu je znečištění způsobené rychle se opotřebovávající kuličkou dražší než samotná kulička. Ocel zanechává železo. Oxid hlinitý zanechává oxid hlinitý. Kulička z materiálu Y-TZP s nízkým opotřebením zanechává jen velmi málo nečistot, což je rozhodující v případech, kdy produkt nesmí přijímat barviva ani železo. Média stabilizovaná oxidem ceričitým jsou často hlavním pracovním koněm ve vlhkých, vysoce energetických mlýnech; třídy s obsahem oxidu yttritým jsou obvyklou volbou, když záleží na čistotě a malých velikostech (až 0,1–0,3 mm pro nanomletí).

Velikost musí stále odpovídat mlýnu. Kulička o průměru 2 mm v mlýnu určeném pro 0,8 mm nebude “úderněji působit”. Způsobí zablokování separátoru a poškození síta. Rychlost plnění, viskozita suspenze a obvodová rychlost rozhodují o tom, zda vysoká hustota pomáhá, nebo jen generuje teplo. Korund zpevněný zirkonem se nachází někde uprostřed – je hustší a odolnější než čistý korund, levnější než plný TZP – a to je skutečná kvalita, nikoli kompromisní slogan, pokud mletí nevyžaduje hustotu 6 g/cm³.

Pokud měníte mlecí médium, neptejte se pouze na cenu za kilogram. Zeptejte se na míru opotřebení ve vaší kaši, pevnost v tlaku při průměru, se kterým pracujete, kulatost a na to, co se skutečně z kuličky uvolňuje do produktu. Zirkoniová kulička je mlecí nástroj. Vyplatí se, když mlýn splní specifikace s menší ztrátou mlecího média a menším množstvím nečistot v šarži. Nevyplatí se jen proto, že název na pytli zní prémiově.