Zirkoniapallo osoittaa arvonsa hiomakoneessa, ei tuotetiedoissa

Ihmiset vertaavat zirkoniumoksidipalloja alumiinioksidiin kovuuden perusteella ja saavat väärän vastauksen. Alumiinioksidi on usein hieman kovempaa. Se ei kuitenkaan ole syy siihen, miksi suuritehoisessa jauhimessa päädyttäisiin käyttämään yttriumoksidilla tai ceriumoksidilla stabiloitua zirkoniaa. Merkittäviä ominaisuuksia ovat tiheys, sitkeys ja se, kuinka suuri osa pallosta on edelleen pallon muotoinen kuukauden kestäneen kärkinopeuden jälkeen.

Hyvä Y-TZP-kuula koostuu suunnilleen 95% ZrO₂:sta ja noin 5% Y₂O₃:sta; se on tiheästi sintrattu, hienorakeinen ja tetragonaalinen. Tiheys on noin 6,0 g/cm³. Ceria-stabiloidun materiaalin tiheys voi olla hieman suurempi, noin 6,2. 92-prosenttisen alumiinioksidin tiheys on noin 3,6–3,7. Lasin tiheys on 2:n puolivälissä. Törmäyksessä syntyvä kineettinen energia on verrannollinen massaan. Samalla helmen halkaisijalla ja samalla nopeudella zirkoniumoksidipartikkeli siirtää enemmän energiaa lietteeseen. Näin saadaan hienompaa jauhatustulosta tai jauhetaan samaa raekokoa suuremmalla kiintoainepitoisuudella ilman, että myllyä tarvitsee vain pyörittää nopeammin, kunnes vuoraus ylikuumenee.

Sitkeys on toinen puoli. Alumiinioksidi on kovaa ja haurasta. Y-TZP:n tai Ce-TZP:n murtolujuus on tyypillisesti välillä 8–12 MPa·m½, mikä on kaksi tai kolme kertaa suurempi kuin alumiinioksidipallon. Mekanismina toimii muodonmuutoksen aiheuttama lujuuden kasvu: kun halkeama yrittää edetä, tetragonaalinen rake muuttuu monokliiniseksi, ja tilavuuden muutos toimii halkeamaa vastaan. Myllyssä tämä tarkoittaa, että poistoseulassa on vähemmän rikkoutuneita helmiä ja roottoria kuluttavaa terävää roskaa. Halpa zirkonia, jossa on karkeita rakeita tai huono stabilointi, ei tarjoa tätä etua. Se lohkeilee kuin kova kivi, ja silloin joudut maksamaan kaksinkertaisesti – menetät hiomamateriaalia ja mylly kuluu.

Kuluminen paljastaa ostohinnan todellisen arvon. Zirkonia on kilohinnaltaan useita kertoja kalliimpaa kuin alumiinioksidi. Maaleissa, painoväreissä, elektroniikkakeramiikassa, akkumateriaaleissa ja erittäin puhtaassa kvartsissa nopeasti kuluvan kuulan aiheuttama epäpuhtaus on kalliimpaa kuin itse kuula. Teräs jättää jälkeensä rautaa. Alumiinioksidi jättää jälkeensä alumiinioksidia. Vähän kuluvan Y-TZP-helmen jälki on hyvin vähäinen, mikä on ratkaisevaa silloin, kun tuote ei saa ottaa väriä tai rautaa. Seriolla stabiloidut jauhatuskuulat ovat usein työjuhdat märissä, suurenergisissä myllyissä; yttriumoksidipitoiset laadut ovat tavallinen valinta, kun puhtaus ja pienet koot (jopa 0,1–0,3 mm nanomyllytykseen) ovat tärkeitä.

Koon on silti sovittava jauhinlaitteeseen. 2 mm:n pallo 0,8 mm:n jauhinlaitteessa ei “lyö kovemmin hyödyllisellä tavalla”. Se tukkii erottimen ja vaurioittaa seulaa. Täyttöaste, lietteen viskositeetti ja kärkinopeus ratkaisevat, auttaako suuri tiheys vai tuottaako se vain lämpöä. Zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi sijoittuu näiden välimaastoon – se on tiheämpää ja sitkeämpää kuin pelkkä alumiinioksidi, mutta halvempaa kuin täysimittainen TZP – ja se on todellinen laatu, ei kompromissislogan, jos jauhatus ei vaadi 6 g/cm³:n tiheyttä.

Jos olet vaihtamassa jauhatusmateriaalia, älä kysy pelkästään kilohintaa. Kysy lietteen kulumisastetta, murskauslujuutta käyttämälläsi halkaisijalla, pallomaisuutta sekä sitä, mitä pallosta tosiasiassa irtoaa tuotteeseen. Zirkoniapallo on jauhatustyökalu. Se kannattaa, kun mylly täyttää vaatimukset pienemmällä jauhatusaineen menetyksellä ja vähemmällä roskalla erässä. Se ei kannata vain siksi, että pussin nimi kuulostaa korkealaatuiselta.